裴松之的注释工作对《三国志》具有重要价值，他注释的特点在于详尽搜罗，注重补阙、纠谬，以及对史事的深入评论。他不仅解释地理名物，更关注于弥补陈寿原著的遗漏和纠正错误。对于同一事件的不同记述，他都收录以备参考，对陈寿的论述若有不当，也进行了批评。裴注引书广泛，内容完整，许多今天已失传的六朝旧籍得以保存，为研究提供了珍贵资料。
裴注尤其在补叙曹操屯田、诸葛亮七擒孟获等重大事件的细节，以及马钧的科技发明等方面，展现了其深厚的历史洞察。他处理同说异记时，既保留异闻以备考证，又通过比较和分析纠正谬误，如刘备三顾茅庐一例，他不仅引述不同史书的记载，还依据相关文献进行评断。
在史书体例上，裴松之强调“事类相从”的原则，批评陈寿的分类不当，并提出叙事描写时应通顺合理。他的注释既有对《三国志》的全面评价，也有对其他同期史书的精炼评点，尤其是在史书编纂学上的理论实践，具有深远影响。
裴注的字数庞大，据各种版本统计，注文甚至超过正文数倍，这反映了其丰富的引用资料和深入的研究。尽管受到一些批评，如繁芜和引书问题，但其保存古代资料的价值不可忽视。裴松之的注释工作开创了史书注释的新篇章，对后世研究者来说，裴注是《三国志》正文不可或缺的部分。
东晋时历仕零陵内史、国子博士等。入宋后任中书侍郎。宋文帝以陈寿所著《三国志》记事过简，命他为之作补注。他在《上三国志注表》中说，“臣前被诏，使采三国异同以注陈寿《三国志》。为了注释《三国志》，他收集了三国时期的原始材料达一百五十多种，博引各家著作的原文，注文字数约超过原文的三倍。据沈家本统计，注中引书“经部廿二家，史部一百四十二家，子部廿三家，集部廿三家，凡二百十家。