В.А. Гиляровский дал патологоанатомическую характеристику отдельных психических заболеваний, чем способствовал распространению анатомических знаний среди врачей-психиатров. В.А. Гиляровский разработал теорию катестезического бреда, в которой показал возможность, возникновения бреда за счет болезненных ощущений. Создал учение о псевдоорганическом слабоумии, которое рассматривается им как результат стойкого "торможения" деятельности мозга. Во время Великой Отечественной войны изучал глухонемоту, вызванную контузией, разработал патогенез и терапию этого заболевания. В.А. Гиляровский содействовал широкому внедрению лечения душевнобольных сном, малярией, инсулиновым шоком. Изучал психические заболевания детей и был одним из создателей профилактического направления, охватившего психиатрической помощью не только выраженные психозы, но и "пограничные состояния" у взрослых и детей. Разработал новый метод лечения нервных и психических заболеваний (т. н. электросон).
В.А. Гиляровский много сделал для организации помощи заикающимся людям и изучения механизмов заикания. Он писал, о том, что заикание чаще всего появляется в раннем возрасте и психологические особенности его также видны уже в раннем возрасте. В.А. Гиляровский писал о психологических особенностях заикающихся детей: "У большинства наших маленьких пациентов до заикания не отмечалось каких-либо характерологических особенностей ни в смысле тоскливости, ни возбудимости, ни боязливости. Изучение заикания в раннем периоде его развития указывает, что формирование речи его особенности, стоящие в связи с развитием организма вообще, несомненно имеют значение и для определения психического склада. В связи с этим наличность заикания иногда может влиять на выработку психостенического склада. Если бы определяющим были исключительно врождённые особенности психики, то при развитии заикания имели бы место как правило сначала психические особенности, а после заикание; между тем в действительности бывает наоборот."
В.А. Гиляровский писал об устранении психических моментов у заикающихся детей: "Правильное лечение должно иметь в виду с одной стороны устранение психических моментов, с другой - укрепление общего состояния и в частности деятельности речевого аппарата. Удовлетворение первому показанию достигается прежде всего изъятием на довольно значительную часть дня из обычной обстановки со всеми её неблагоприятными моментами. Очень важна однородность детей по сохранности интеллекта, или очень резким проявлениям психопатий. Детей с очень резким расстройством в смысле заикания в остром периоде также нежелательно помещать как во избежание травматизации других детей, так и в интересах их самих. В таких случаях желательна изоляция и постельный режим на время, необходимое для исправления острых явлений." Благодаря деятельности В.А. Гиляровского и других ученых, которые, опираясь на исследования отечественных физиологов - Сеченова И. М., Павлова И.П. и их последователей, удалось преодолеть тенденциозность разработанных ранее приёмов устранения заикания, отобрать из них всё лучшее, рациональное и определить современный комплексный подход к преодолению заикания.
Мемориальная доска В.А. Гиляровскому на здании Московской специализированной клинической больницы №8 им. З.П. Соловьёва («Клинике неврозов»)
Могила В.А. Гиляровского на Новодевичьем кладбище