胡三省的《音注资治通鉴》（亦作《新注资治通鉴》），后人一般称为“《通鉴》胡注”。
胡三省注《通鉴》有两个动因，一是承袭家学，执行先人遗命；二是痛感亡国，寄寓民族气节。他父亲胡钥笃于史学，而于史注格外用力，颇有独立见解，曾经指出托名司马康的海陵《通鉴释文》本，并非出于司马康之手，希三省予以“刊正”。“三省捧手对曰：‘愿学焉’”（《音注资治通鉴序》，以下未注明出处者，均见此）。这种家学影响，使他确立了“史学不敢废”的志向，并走上了治《通鉴》学的道路。他从宝祐四年（1256）着手作《通鉴》注，历尽艰难坎坷，至元世祖至元二十二年（1285），首尾30年，乃撰成《音注资治通鉴》。其间，经历了宋元更迭，“世运推迁”。作为亡国之臣，他痛心疾首，所以在自序中以太岁纪年书为“旃蒙作噩”（乙酉年，即至元二十二年），表示不奉元朝之正朔。这个思想，也反映在胡注之中。以上两个方面，是《通鉴》胡注产生的家庭环境和社会环境。
胡注的成就，首先在于它对《资治通鉴》在记事、地理、制度、音读等方面有疏通之功。恰如胡注自序所说：“凡纪事之本末，地名之同异，州县之建置离合，制度之沿革损益，悉疏其所以然。”这种疏通工作反映在注释内容上，包括校勘、考订、辨误、训释音义等几个方面。仅举《音注资治通鉴》卷二八六为例：
——关于校勘。《通鉴》记：“契丹主以前燕京留守刘晞为西京留守。”《资治通鉴考异》曰：“《实录》作禧。或云名晞。今从《陷蕃记》。”胡三省在《通鉴》正文与《考异》之间，引薛居正《旧五代史》文：“刘晞者，涿州人，陷虏，历官至平章事兼侍中。”这是进而证明《通鉴》和《考异》所取的正确。
——关于考订。《通鉴》正文记：“三月，丙戌朔，契丹主服赭袍，坐崇元殿，百官行入阁礼。”此下，胡注引欧阳修论唐代入阁礼及《五代会要》所记入阁仪，又引《新五代史》所记梁太祖元年关于入阁的史事，最后说：“视唐之正牙朝会，其仪略而野，而五代谓之行礼。《会要》又详载而为书，则其仪为一时之上仪矣。姑备录之，以志朝仪之变。”胡注关于“入阁”的考订，注文将近800字。
——关于辨误。《通鉴》正文记：正月，“辛卯，契丹以晋主为负义侯，置于黄龙府。黄龙府，即慕容氏和龙城也”。胡注则认为：“欧《史》曰：‘自幽州行十余日，过平州；出榆关，行沙碛中，七八日至锦州；又行五六日，过海北州；又行十余日，渡辽水至勃海铁州；又行七八日，过南海府，遂至黄龙府。’按契丹后改黄龙府为隆州，北至混同江一百三十里。又按慕容氏之和龙城，若据《晋书》及郦道元《水经注》，当在汉辽西郡界。今晋主陷蕃，渡辽水而后至黄龙府，又其地近混同江，疑非慕容氏之和龙城。”和龙城在今辽宁朝阳，黄龙府在今吉林农安，胡注所疑甚是。
胡注在训释音义方面，全书俯拾即是，不一一列举。
胡注的成就，其次表现在寓历史评论于注文之中，反映了注者深刻的历史见识。仍以《音注资治通鉴》卷二八六为例：
——《通鉴》正文记：“契丹迁晋主及其家人于封禅寺，遣大同节度使兼侍中河内崔廷勋以兵守之。契丹主数遣使存问，晋主每闻使至，举家忧恐。时雨雪连旬，外无供亿，上下冻馁。太后使人谓寺僧曰：‘吾尝于此饭僧数万，今日独无一人相念邪！’僧辞以‘虏意难测，不敢献食。’”胡三省于其下注曰：“噫！孰知缁黄变色，其徒所为，有甚于不敢献食者邪！有国有家者，崇奉释氏以求福田利益，可以监［鉴］矣。”这是讽刺，也是劝诫，反映出注者不信释氏的思想。
——《通鉴》正文记：“契丹主改服中国衣冠，百官起居皆如旧制。”胡注曰：“史言契丹主犹知用夏变夷。”又《通鉴》正文记：“契丹主广受四方贡献，大纵酒作乐，每谓晋臣曰：‘中国事，我皆知之，吾国事，汝曹不知也。’”胡注曰：“契丹主自谓周防之密以夸晋臣。然东丹之来，已胎兀欲夺国之祸，虽甚愚者知之，而契丹主不知也。善觇国者，不观一时之强弱而观其治乱之大致。”这两段评论，反映了胡三省的民族意识和关于强弱、治乱的卓识。
这样的评论，由事而发，随文作注，在胡注中占有重要的分量，既阐发了注者的历史见解，又启发了读者从理论上去认识历史，这是胡注的一个鲜明特色。胡三省自序说，他初次为《通鉴》作注，是“依陆德明《经典释文》厘为广注九十七卷，著论十篇。自周讫五代，略叙兴亡大致”。这说明他对于史论的重视和兴趣。胡注中多有史论，恰是胡三省注史的风格。
胡注的成就，还在于它“始以《考异》及所注者散入《通鉴》各文之下”，便利了《通鉴》的阅读和流传。这也是它大有功于《通鉴》的地方。
南宋时期，注《通鉴》者纷纷然，但多有乖谬，没有多大影响。而《通鉴》胡注，一是详于典章制度的梳理，地理沿革的考察；二是于原书“能见其大”，阐发其旨趣；三是“心术之公私，学术之真伪”都经得起考验。胡注问世后，《通鉴》学仍有发展，注家迭起，述作也不少，而胡注终不能废，证明它确实经得起历史的检验。
胡三省在《音注资治通鉴序》中，还表明了他在历史文献学上所持的发展的和实事求是的学术见解。他说：
注班书者多矣：晋灼集服（虔）、应（劭）之义而辩其当否，臣瓒总诸家之说而驳以己见。至小颜（师古）新注，则又讥服、应之疏紊尚多，苏、晋之剖断盖鲜，訾臣瓒以差爽，诋蔡谟以抵牾，自谓穷波讨源，构会甄释，无复遗恨；而刘氏兄弟之所以议颜者，犹颜之议前人也。人苦不自觉，前注之失，吾知之；吾注之失，吾不能知也。[24]
从这一段话中，可以看到胡三省在文献学思想上的辩证观点，即学术是一代代人的传袭、积累，任何人都不应自谓本身的见识“无复遗恨”，而应认识到后人总会有超过自己的地方。然而，对于“前注之失，吾知之；吾注之失，吾不能知”这样一个简单的道理，人们要有自觉的认识，却又是多么不容易！——这一思想，是中国历史文献学史上的宝贵遗产。
胡三省是有自知之明的。他在自序中说：“古人注书，文约而义见。今吾所注，博则博矣，反之于约，犹未能焉。”这虽是他的自谦之词，但也表明他是主张史注应当以“文约而义见”为目标的。他撰的《通鉴释文辨误》12卷，以雄辩的事实证明海陵本《通鉴释文》的伪谬；“而海陵本乃托之公休（司马康字公休——引者）以欺世，适所以诬玷公休，此不容不辨也”[25]。他丰富的历史文献学知识，在此书中也同样得到淋漓尽致的发挥。
《音注资治通鉴》和《通鉴释文辨误》二书，是胡三省关于《通鉴》学的名作，也是元代历史文献学方面的杰作。