В работах ученого получила развитие теория ударения. Он выделил три функции словесного ударения (грамматическую, конститутивную и функцию членения текста на фонетические слова), ввел понятие качественного ударения, разграничил и описал словесное, фразовое, логическое и эмфатическое ударение.
Важное выразительное средство речи Щерба видел в интонации. В работе «Теория русского письма» (Л., 1983) он выделил функции интонации и показал её роль в смысловом членении речи. Как минимальную интонационно-смысловую единицу ученый рассматривал синтагму – отрезок речи, в котором реализуются «интонационные контуры».
Щерба последовательно различал графику – правила «изображения фонем» независимо от написания слов» – и орфографию. В книге «Теория русского письма» он предложил уточненную систему принципов орфографии (фонетический, морфологический, исторический и иероглифический принципы).
Л.В. Щерба принимал участие в работе над толковым словарем русского языка в соавторстве с М.И. Матусевич, создал один из лучших двуязычных словарей – «Русско-французский словарь», – принципы построения которого были в дальнейшем положены в основу подобных словарей. Впервые в нашей науке ученый разработал типологию словарей, которая отражена в его статье «Опыт общей теории лексикографии» (1940). В этой работе разграничиваются энциклопедические и собственно лингвистические словари, на основе противопоставлений выделяются разные типы словарей, выделяются цели и задачи каждого. Эта статья ученого в настоящее время используется в теории лексикографии и практике составления словарей.
В 1941 г. Щерба был эвакуирован в г. Ногинск Кировской области, где продолжил активную научную и преподавательскую работу. В 1943 г. переехал в Москву, где в том же году был избран действительным членом АН СССР и назначен заведующим кафедрой общего языкознания МГУ, одновременно возглавил историко-филологический отдел Института методов обучения в Академии педагогических наук.