А.Д. Архангельский уделял много внимания геологической съемке и составлению сводных геологических карт; еще в 1917 г. им был поднят вопрос о необходимости составления геологической карты Европейской России в масштабе 1:1000000 вместо принятых в то время карт в масштабе 10 верст в 1 дюйме. Архангельским вместе с группой помощников были сняты геологические карты Саратовской и Пензенской губерний, 94-го листа 10-верстной карты и Керченского п-ова. Он установил один из ведущих принципов (по возрасту складчатости) составления тектонических карт. В области петрографии осадочных пород и сравнительной литологии он показал важность знания условий образования современных осадков для понимания генезиса осадочных пород прошлых геологических периодов. Опубликовал более 200 научных работ. Работы Архангельского охватывают разнообразные вопросы в области региональной геологии, фауны и стратиграфии палеогена и верхнемеловых отложений Поволжья, Заволжья и Средней Азии, литологии и палеографии, вопросы тектоники и связи гравитационных и магнитных аномалий с геологическим строением территории СССР. Он считается основателем московской школы тектонистов. Последней его работой является труд о геологическом строении СССР, в ней он дал сравнение геологической структуры Советского Союза с тектоникой других стран.
В конце 1937 г. Геологический, Петрографический и Ломоносовский (минералогический) институты были объединены в единый Институт геологических наук, и первым директором его был выбран А.Д. Архангельский. В 1938 г. он по состоянию здоровья был вынужден сложить с себя обязанности директора Института геологических наук.
В 1939 г. ученый возглавил большую комплексную экспедицию Академии наук СССР по Восточно-Европейской равнине. Весь комплекс геолого-геофизических работ экспедиции должен был дать ответ на вопрос о распределении нефти, угля и железных руд на территории Русской платформы. Незадолго до кончины Архангельскому удалось опубликовать только первые результаты работ экспедиции.
