汤用彤在北京大学执教三十余年，他的教学内容非常广泛，既有中国佛教史、魏晋玄学、印度哲学史，也有西方哲学史、欧洲大陆理性主义、英国经验主义、逻辑学、哲学概论等。听汤用彤讲课的学生非常多，其中不乏季羡林、王子松及张季之等著名学者。

到北大工作后，多次听过汤用彤讲课的季羡林说：“汤用彤先生正开一门新课《魏晋玄学》。我对汤先生的道德文章极为仰慕。他的著作虽已读过，但是我在清华从未听过他的课，极以为憾。何况魏晋玄学的研究，先生也是海内第一人。课堂就在三楼上，我当然不会放过。于是征求了汤先生的同意，我每堂必到。上课并没有讲义，他用口讲，我用笔记，而且尽量记得详细完整。他讲了一年，我一堂课也没有缺过。汤先生与胡适之先生不同，不是口若悬河的人。但是他讲得细密、周到，丝丝入扣，时有精辟的见解，如石破天惊，令人豁然开朗。我的笔记至今还保存着……”

汤用彤致力于中国佛教史、魏晋玄学以及印度古代哲学史的研究。他的著作《魏晋玄学论稿》和《汉魏两晋南北朝佛教史》是研究魏晋玄学与佛学不可不读的经典著作。晚年汤用彤虽因患脑溢血而不得不长期卧床，但在身体稍见恢复后，他就立即投入到《隋唐佛教史稿》的修改和补充工作中。1964年，汤用彤在北京逝世，享年71岁。