李大师的著述之志，因未能实现而引为“没齿之恨”。这在李延寿的思想中打下了深深的烙印。从一定的意义上说，他后来的史学事业，就是从这里萌发的。如他所说：“既家有旧本，思欲追终先志。”[96]他决心接过他父亲没有做完的事情继续做下去。
李延寿撰《南史》和《北史》，经历了漫长而艰苦的过程。这个过程大致有四个阶段。
第一个阶段，从唐太宗贞观三年（629年）至贞观五年（631年）。这期间，李延寿参与修撰《隋书》；与此同时，梁、陈、齐、周诸史的修撰都在进行，皇家史馆集中了有关这些方面的许多历史资料。李延寿利用这个机会，在修撰《隋书》的同时，特别留心于那些他未曾见到过的“齐、梁、陈、周、隋五代旧事”的资料，并“昼夜抄录之”。
第二个阶段，大约从贞观八年（634年）至贞观十五年（641年）。李延寿在蜀中做官期间，在公事之余，“以所得者编次之”。这时虽然梁、陈、齐、周、隋五代史已在贞观十年（636年）修撰完成，但李延寿远在蜀中，不可能读到皇家图书馆的这些刚刚撰成的藏书。
第三个阶段，从贞观十五年（641年）至贞观十七年（643年）。李延寿调回京城任太子属官，由于令狐德棻的推荐，他再次进入史馆。这一次，他把撰写南北朝史工作的重点放在勘究宋、齐和北魏三朝历史中他所不甚了解的一些史料上面。
以上三个阶段共十四五年时间，李延寿一面参加史馆修撰工作，一面搜集、勘究资料，为撰写南北朝史作准备。
第四个阶段，从唐太宗贞观十七年（643年）至唐高宗显庆四年（659年），前后用去十六年时间。这时，由于褚遂良奉诏修撰《五代史志》，李延寿也参与了这项工作。他利用这个机会“遍得披寻”，进一步广泛阅读了史馆有关的藏书。他的视野更加开阔了。史馆撰述之余，他就抄写南朝的宋、齐、梁、陈和北朝的魏、齐、周、隋八代史，即所谓“私为抄录，一十六年，凡所猎略，千有余卷”[97]。