С 1897 г. работал в Московском архиве Министерства юстиции (МАМЮ, Москва). Проявил себя как продуктивный археограф. Одновременно руководил Археографической комиссией Московского археологического общества, начал преподавание в Московском университете.
После защиты магистерской диссертации (1901) был переведен в Киевский университет Св. Владимира, где возглавил кафедру русской истории. Двадцатилетний киевский период стал вершиной его научной деятельности.
Тематика работ М. В. Довнар-Запольского хронологически охватывает Древнюю Русь, Великое Княжество Литовское, Россию от средневековья до нового времени. Ему принадлежит приоритет в исследовании экономики Великого Княжества Литовского, попыток структурных государственных реформ начала XIX в., а также декабристского движения. Помимо исследовательской, вел активную педагогическую работу, создал самостоятельную научную школу историков. Формой ее подготовки стал историко-краеведческий кружок, преобразованный в лабораторию с общей методологией исследований, опиравшейся на экономический материализм, и общим тематическим единством – изучением хозяйства отдельных территорий русских земель в средневековье.
Особая страница биографии М. В. Довнар-Запольского – организационно-педагогическая деятельность. Созданные им же частные коммерческие курсы в 1907 г. были преобразованы в Киевский коммерческий институт. 10 лет он являлся его неизменным директором. Воплотил в жизнь собственную модель высшего образования, основанную на сочетании фундаментальной теоретической подготовки с практической направленностью обучения.
М. В. Довнар-Запольский патриотично воспринял рост движения за государственное самоопределение Беларуси. С весны 1918 г. активно включился в работу белорусских организаций в Киеве, участвовал в белорусско-украинских дипломатических переговорах, создал и возглавил Белорусскую торговую палату. Вместе с Е. Ф. Карским значительные усилия приложил к разработке модели создания Белорусского университета. Важным вкладом стала работа «Основы государственности Беларуси» – первая попытка научного обоснования исторической закономерности государственного самоопределения белорусского народа.
Заброшенный событиями Гражданской войны в Крым, способствовал открытию в начале 1920 г. Боспорского университета. В 1920–1921 гг. преподавал в Харьковском институте народного образования (бывший Харьковский университет), а также в Институте народного хозяйства. По состоянию здоровья переехал на работу в новообразованный Азербайджанский университет, и вскоре стал его первым проректорам Помимо этого преподавал в Бакинском политехническом институте.