১৯৫১ সালে তার প্রথম কাব্যগ্রন্থ ''একমুঠো রোদ'' প্রকাশিত হয়। ১৯৫৮ সালে প্রকাশিত প্রথম উপন্যাস ''দাঁড়ের ময়না'' মানিক পুরস্কার লাভ করে। তার অন্যান্য কাব্যগ্রন্থগুলি হল ''শব্দের ঠিকানা'' (১৯৭৫), ''সূর্যোদয় তুমি এলে'' (১৯৭৬) ''আমাদের তুমুল হৈ-হল্লা'' (১৯৮০) ও ''গভীর রাতের ট্রাঙ্ককল'' (১৯৮১), ''আমিই কচ আমিই দেবযানী'' ইত্যাদি। সাহিত্য গবেষক [[শিশির কুমার দাশ]] তার কাব্য সম্পর্কে মন্তব্য করেন, ''ছন্দের কৌশল, প্রতিমা গঠনের স্পষ্টতা এবং কথনভঙ্গির ঘরোয়া চাল তাঁরতার কবিতার প্রধান বৈশিষ্ট্য।'' পূর্ণেন্দু পত্রীর অন্যান্য উপন্যাসের মধ্যে উল্লেখযোগ্য ''ভোমরাগুড়ি'', ''মালতীমঙ্গল'' ইত্যাদি। ''রূপসী বাংলার দুই কবি'' তার একটি বিখ্যাত প্রবন্ধগ্রন্থ। পূর্ণেন্দু পত্রী কলকাতা সম্বন্ধে প্রায় এক ডজন গ্রন্থ রচনা করেছিলেন। এগুলির মধ্যে উল্লেখযোগ্য ''শহর কলকাতার আদি পর্ব'', ''বঙ্গভঙ্গ'', ''কি করে কলকাতা হল'', ''ছড়ায় মোড়া কলকাতা'', ''কলকাতার রাজকাহিনী'', ''এক যে ছিল কলকাতা'' ইত্যাদি। জীবনের শেষপর্বে [[বঙ্কিমচন্দ্র চট্টোপাধ্যায়]]<nowiki/>কে নিয়ে এক বিশাল গবেষণার কাজ শুরু করেছিলেন। মৃত্যুর পূর্বে ১৯৯৬ সালে তার প্রথম খণ্ড ''বঙ্কিম যুগ'' প্রকাশিত হয়। শিশুসাহিত্যেও তিনি ছিলেন এক জনপ্রিয় লেখক। ছোটোদের জন্য লিখেছেন ''আলটুং ফালটুং'', ''ম্যাকের বাবা খ্যাঁক'', ''ইল্লীবিল্লী'', ''দুষ্টুর রামায়ণ'', ''জুনিয়র ব্যোমকেশ'', ''জাম্বো দি জিনিয়াস'', প্রভৃতি হাসির বই। ''আমার ছেলেবেলা'' নামে তার একটি স্মৃতিকথাও রয়েছে। সামগ্রিক সাহিত্যকর্মের জন্য [[পশ্চিমবঙ্গ সরকার]] তাকে [[বিদ্যাসাগর পুরস্কার|বিদ্যাসাগর পুরস্কারে]] ভূষিত করেন।
