В 1943 г. в Париже вышли его краткая «История Византии» («Histoire de Byzance») в серии «Что я знаю?» и небольшая книга «Византийский стиль» («Le style byzantin»). В 1945 г. Поль Лемерль подготовил дипломатическое издание актов монастыря Кутлумуш на Афоне в серии «Архивы Афона». Изучением и публикацией афонских архивов он занимался до конца жизни и руководил работой над этим проектом. Был основателем сборника «Travaux et Mémoires». Параллельно Поль Лемерль продолжал заниматься византийскими (преимущественно церковными) архитектурой и искусством, изучал юридические документы и аграрные вопросы, исследовал монастырские архивы, историю вторжений племён и миграций населения на территории Византии. В 1960 гг. сфера интересов Поля Эмиля Лемерля сместилась в сторону изучения политической истории, религиозных движений и литературных (в том числе агиографических) текстов. Он писал об отношении византийцев к античному наследию, об осмыслении эллинизма в культуре средневековой империи. Итогом многолетней работы стали монография «Первый византийский гуманизм» («Le premier humanisme byzantin: Notes et remarques sur enseignement et culture à Byzance des origines au Xe siècle». P., 1971 г.), статья «История павликиан в Малой Азии по греческим источникам» («L'histoire des Pauliciens d'Asie Mineure d'après les sources grecques»), двухтомник «Древнейшие сборники чудес святого Димитрия и проникновение славян на Балканы» («Les plus anciens recueils des miracles de Saint Démétrius et la pénétration des Slaves dans les Balcans». P., 1979 г., 1981 г.). В эпоху, когда на Византию нередко смотрели только как на продолжение Римской империи и государство, находящееся в состоянии медленного вырождения, Поль Эмиль Лемерль был в числе учёных, утверждавших её значение как средневековой державы и необычайную способность адаптироваться к изменениям в окружающем мире (сборник «Пять этюдов о византийском XI столетии» – «Cinq études sur le XIe siècle byzantin. P., 1977 г.). На родине имя Поля Лемерля связывается с обновлением французской византинистики, после издания его трудов «развернулась интенсивная исследовательская деятельность». По словам его ученика Жильбера Дагрона, Поль Эмиль Лемерль создал «школу» или общество учёных и друзей, французских и зарубежных, которые многим ему обязаны, и «прежде всего определённым понятием о научных взаимоотношениях».