杜甫被尊為「詩聖」，除了他的憂世憫人之心與「古昔命世聖賢」（方孝孺《成都杜先生草堂碑》）相同以外，還因為他在詩歌藝術上的集大成。他將《詩經》、漢樂府、魏晉齊梁詩、初盛唐詩的各種表現藝術熔於一爐，形成了博大精深、沉鬱頓挫的獨特風格，同時又擅長各種詩體，風格變化多端。元稹稱他「盡得古今之體勢，而兼人人之所獨專」（《唐檢校工部員外郎墓系銘》）。秦觀說：「子美窮高妙之格，極豪邁之氣，包沖澹之趣，兼峻潔之姿，備藻麗之態，而諸家之作，所不及焉。……『孔子之謂集大成。』嗚呼！子美其集詩之大成者歟？」（《韓愈論》）劉熙載說：「杜詩高、大、深俱不可及」（《藝概》），並指出杜詩的表達能力、概括包容能力和曲折深刻的構思能力都為他人所不可企及。這些論述從不同角度評價了杜詩地負海涵、包羅萬匯的藝術成就。
杜詩的藝術成就，首先體現在他那些被稱為「詩史」的重大作品中。「詩史」之說，早見於中晚唐，孟棨《本事詩》說：「杜逢祿山之難，流離隴蜀，畢陳於詩，推見至隱，殆無遺事，故當時號為『詩史』。」其實以詩記史的做法，並不始於杜甫：《詩經》中的部分雅詩，建安時代曹操的《蒿里》、《薤露》，王粲的《七哀詩》，蔡琰的《悲憤詩》，一直到北朝庾信的《擬詠懷》和《哀江南賦》都具有詩史的性質。杜甫不但繼承了這一傳統，而且創造性地採用多種詩歌形式，真實地記錄了安史之亂前後唐王朝由盛而衰的歷史過程。杜詩也是他自己一生遭逢戰亂，流寓秦隴、巴蜀、湖湘等地的史傳，只是他的喜怒哀樂無不與國事天下事相關，命運的機緣巧合又將他推到了歷史的轉折關頭，處身於戰亂的漩渦之中，他所親身體驗的一切兵災禍亂、政治風波都和他家庭的悲歡離合融合在一起，他對自己貧病潦倒的哀歎都與對國家盛衰的思考結合在一起，這才使他的個人經歷都變成了反映興亡治亂的國史。
杜甫雖然以各種詩體「寓記載之實」（文天祥《集杜詩序》），但集中體現詩史特色的詩體主要是兩類：一類是五古、五排等以詠懷為主的長篇詩歌，它們善於把直抒胸臆、慷慨述懷、長篇議論和具體的敘事、細節的描繪、用典的技巧，以及對巨大社會內容的高度概括和諧地統一在完整的藝術結構中，開合排蕩、窮極筆力、深厚雄渾、體大思精。最有代表性的是《自京赴奉先縣詠懷五百字》和《北征》這兩首詩。它們都以杜甫還家探親的過程作為全篇主線，通過真切描寫沿途見聞和到家後的心情，集中表現了他「致君堯舜上」的抱負、對社會現實的洞察力、對國家命運和人民疾苦的深切關懷。在藝術上借鑒建安女詩人蔡琰《悲憤詩》以個人親身經歷為線索，憑借真氣貫穿全篇的寫法，按照還家的時間順序，用敘事聯結議論和抒情，開合變化，頓挫起伏，無不直接發自胸臆。或憂憤迸露，或慷慨陳詞，或發為委婉深曲的傾訴，或發為樂觀豪邁的高唱，有鞭辟入裡的名句，有真切細緻的鋪敘，使蒼莽古直的氣格與瑣細生動的情節融為一體。當然兩首詩因內容的不同，表現又各有特色。
《五百字》作於安祿山已經反叛而長安尚未證實反訊的時候，這時唐玄宗和楊貴妃還在驪山華清宮避寒享樂，杜甫回家探親，正好經過驪山。與皇帝咫尺天涯的特定環境，使詩人成為這一特殊歷史時刻的見證；而他在華清宮牆外的所聞所感，也因為概括了天寶政治腐敗的主要癥結，而使這首詩為安史之亂爆發的社會政治原因提供了最切實生動的解釋；因此詩裡的敘事細節處處扣住行旅風霜之苦，以及自己回到家裡後得知幼子餓死的悲哀，便使宮內宮外的苦樂之別和貧富對立通過自己的親身感受形成巨大的反差，展現了大亂即將來臨的歷史氛圍。《北征》作於杜甫在任左拾遺時為疏救房琯得罪肅宗之後，詩人捲入了複雜的政治鬥爭漩渦，雖然被朝廷疏遠，但憂念時事的心情更加沉重；詩裡描寫一路所見好惡不齊的景色，處處勾起詩人的身世之歎，又突出了從鳳翔到鄜州一路所見的戰場白骨和滿目瘡痍，反映出當時唐軍一直失利的嚴峻形勢；回家之後與妻兒團聚的描寫尤其細緻生動：「經年至茅屋，妻子衣百結。慟哭松聲回，悲泉共幽咽。平生所嬌兒，顏色白勝雪。見爺背面啼，垢膩腳不襪。床前兩小女，補綻才過膝。海圖拆波濤，舊繡移曲折。天吳及紫鳳〔7〕，顛倒在短褐。」從觀察極細微處真摯地表達出夫妻兒女的至情，寫盡普通官宦人家在逃難途中窘迫的苦況，也通過自身的感受反映了廣大人民的困苦生活。因此無論是家庭瑣事的描寫還是國家大事的議論，都因這內在的感情邏輯聯繫而轉換自然，渾成一氣。
特別值得注意的是這兩首詩還開創了在詩歌中大發議論的先例。《五百字》的大段詠懷置於開頭，共五六層轉折，跌宕起伏，連綿不斷，像剝繭抽絲一樣，層見疊出，自嘲自解；以議論推駁的層次形成意思的往復迴環，傾瀉出窮愁潦倒的滿腔辛酸和追求理想的執著信念，具有古詩一唱三歎的情韻。《北征》的詠懷穿插在開頭對皇帝的表白和沿途的景物描寫中，而最後兩大段議論從回紇借兵的眼前時事轉到總結馬嵬之變的教訓，跨度很大，在深沉的憂慮之中，又展現了無限的信心和希望。這說明詩歌並不是不可以發議論，但議論必須帶有深長的情韻，這兩首詩中的大段議論往往兼帶敘事，不僅表現了詩人在政治上的遠見卓識，而且隱含著浩茫的心事和深廣的憂憤，因而不但沒有質木枯燥之弊，反為詩歌增加了磅礡的氣勢和排山倒海的力量。
最能體現杜詩「詩史」特色的另一類詩體是以五古和七言歌行為主的新題樂府。這類詩在藝術表現上的獨創性留待下節再談，這裡重點說明它與「詩史」的關係。中國古典詩歌以抒情詩為主，沒有形成敘事的傳統，只有《詩經·大雅》中帶有史詩性質的幾首詩和漢魏樂府中的一部分詩歌採用了敘事手法。後人學習漢魏樂府一般是沿襲古題，而且使原為敘事體的古樂府趨於抒情化，以樂府寫時事的傳統也就逐漸消歇了。杜甫繼承《詩經》、漢樂府反映現實的優良傳統，本著緣事而發的精神，即事名篇，寫作了許多新題樂府，這是他在融會古今詩體的基礎上的重大創新。樂府中原有「歌」和「行」的體裁，初盛唐出現了不用樂府舊題的新題歌行，為杜甫提供了反映時事的一種新形式。杜甫自己雖然沒有給這種詩體冠以「新題樂府」的名稱，但中唐詩人李紳、元稹等把他們學習杜甫的這種詩稱為「新題樂府」。按照白居易的標準，杜甫的新題樂府大約三十多首。從記史的角度來看，寫法也不盡相同，最典型的是《兵車行》、《麗人行》、《哀王孫》、《悲陳陶》、《悲青阪》、「三吏三別」等；這些詩以記敘具體的事件為主，每首詩有一個中心主題，反映了安史之亂前和叛亂中最重大的一些歷史場面，如天寶年間為開邊而不斷征戰，出征士兵與親人生離死別的景象，楊氏兄妹在曲江游春時奢侈荒淫的情景，玄宗倉皇出逃時拋棄王子王孫的狼狽，陳陶斜官兵的慘敗，青阪駐軍的重創，鄴城大敗後華州至洛陽一帶無壯丁可征的現實等等；另一種如《塞蘆子》、《留花門》、《洗兵馬》、《歲晏行》等，以議論為主，類似時事述評。尤其是《洗兵馬》，並沒有中心的事件，而是綜合評述了兩京收復之後的形勢；此外《歲晏行》寫民間迫於官賦、賣兒鬻女的慘狀，以及惡錢氾濫、法紀不振的問題；《虎牙行》概述巫峽至江陵一帶在戰亂中十年八荒、盜賊四起、誅求不止的狀況；《錦樹行》刺武夫惡少乘亂橫行、憑軍功封侯驟貴的現象等等，也都是概括某一種社會現象或弊病，沒有視點固定的具體事件的刻畫。還有一種是以抒情和感慨為主，映帶史實。如《哀江頭》在對曲江昔盛今衰的悲歎中，反映了玄宗西逃和馬嵬之變的時勢；《潼關吏》是借自己經過潼關時與關吏的對話，回顧哥舒翰潼關失守的事件。總之，這些詩作在全部杜詩中所佔的比例雖然不大，但如果把它們按時序排列的話，就會發現杜甫幾乎沒有漏掉他所經歷過的所有重大歷史事件，而且從各個角度反映了從中原到西南廣闊的社會現實。
杜甫用以反映重大歷史事件和社會問題的詩體主要是五古長篇和七言歌行，頓挫起伏，變化不測，跌宕夭矯，淋漓悲壯，是杜詩中的洪鐘巨響。除此以外，他在其他各類題材各種詩體中所取得的成就也是獨步千古的。就題材而言，杜甫在繼承漢魏以來常見的感懷言志、行旅送別、山水邊塞、詠物閨情以外，還把範圍擴大到日常生活的一切細微瑣事中去，論詩觀畫、索求饋贈、鄰里過往，乃至家庭雜事中的打魚、送菜、引水、縛雞等等，凡是生活中所有之事無不可以入詩，內容包羅萬象，都有名篇傳世。如《飲中八仙歌》、《送孔巢父謝病歸游江東兼呈李白》、《醉時歌》以七言歌行寫盛唐詩人的高傲失意，風神之狂放飄逸，不下李白；早年的《夜宴左氏莊》、《題張氏隱居》及在草堂寫的《堂成》、《江村》、《客至》、《水檻遣心》、《江亭》等許多名篇都充滿陶淵明和王孟山水田園詩的幽趣；從秦州入成都的二十多首記游詩以隨物肖形、變化多端的表現藝術描繪千奇百怪的蜀中山水，更是對大謝山水詩的重大發展；《前出塞》、《後出塞》等採用古題和新題樂府，總結了盛唐邊塞詩的各種表現手法；《佳人》、《月夜》等寫閨中深情和空谷美人，格調高絕；《夢李白》、《月夜憶舍弟》、《春日憶李白》、《彭衙行》等抒寫對友人和兄弟的思念，情深意長；《蜀相》、《八陣圖》、《詠懷古跡》等懷古詩借評價古人寄托理想或身世之感，含蓄警策；《房兵曹胡馬》、《畫鷹》、《枯棕》、《病橘》、《石筍行》、《石犀行》、《古柏行》等大量詠物詩言志述懷，諷刺時事和世俗，詠物形神兼備、寄托自然現成，成為杜詩的一大特色。就詩體而言，雜言和五七言古律、絕句、歌行也都無不臻其極至。其七律最有創造性，留待下節詳談，這裡著重談談他的五律和絕句。
五言律詩自初唐以來逐漸成熟，成為盛唐最流行的一種詩體。杜甫受其祖父影響，在五言排律和律詩方面造詣尤其精深。他的排律主要用於干謁，大都寫得典雅凝重，章法因人而異，辭藻豐贍，曲盡其意，奠定了他以才力見長的功底。五律則精工凝練，氣象宏放，名篇特多。如《望岳》：
岱宗夫如何？齊魯青未了。造化鍾神秀，陰陽割昏曉。
蕩胸生層雲，決眥入歸鳥。會當凌絕頂，一覽眾山小。
這首詩不僅高度概括了泰山象徵造化偉力和代謝變化的壯美景色，而且表現了把大自然的浩氣都納入胸懷的豪情，在觀望名山的興會中，寄托了登上事業頂峰的雄心壯志，以及前程萬里的樂觀和信心。又如《旅夜書懷》：
細草微風岸，危檣獨夜舟。星垂平野闊，月湧大江流。
名豈文章著，官應老病休。飄飄何所似？天地一沙鷗。
星空平野使人想到宇宙的永恆，月影江流使人想到時間的流逝，而微風、細草、危檣、沙鷗等微小孤獨的事物置於這無垠的星空平野之中，又使景物的這種對比，自然烘托出詩人漂泊在天地間的孤獨形象。《登岳陽樓》：
昔聞洞庭水，今上岳陽樓。吳楚東南坼，乾坤日夜浮。
親朋無一字，老病有孤舟。戎馬關山北，憑軒涕泗流。
這首詩和孟浩然的《臨洞庭》都是詠洞庭湖的絕唱，如果說孟詩主要還是注重形容洞庭水勢的浩大，那麼杜甫則超出視野的局限，著眼於洞庭分裂吳楚的地勢和涵蓄乾坤的度量，以其可干造化的筆力和包容宇宙的襟懷，創造了比洞庭湖更為壯偉的詩境。他的五律既能取勢高遠，又善於體貼入微。如《春夜喜雨》：
好雨知時節，當春乃發生。隨風潛入夜，潤物細無聲。
野徑雲俱黑，江船火獨明。曉看紅濕處，花重錦官城。
形容春雨如通人情，趁人毫無覺察時隨風飄入暗夜，細細地滋潤著萬物，悄無聲息，既生動地寫出了雨的柔和細潤之態，又把人們通常在春天盼望及時雨的喜悅心情貼切地表現出來。用字精妙，傳神入化。
杜甫的絕句同樣風格多變，像盛唐諸家一樣，他也有風韻絕美的七絕，如《江南逢李龜年》：
岐王宅裡尋常見，崔九堂前幾度聞。正是江南好風景，落花時節又逢君。
岐王是唐玄宗的四弟，崔九是唐玄宗的近臣，都死於開元中。李龜年兄弟在開元年間以擅長音樂得寵，經常出入宮廷和王公貴族之門，安史之亂後流落到潭州。詩人晚年與他相遇，不由得勾起對於開元盛世的懷念。落花是暮春實景，令人想到一切繁華的衰謝和飄零，昔盛今衰之悲也就自在黯然不言之中了。這首詩是眼前景、口頭語，含蓄蘊藉，風韻無限，典型的開元七絕風調。他的絕句也有不少色彩鮮明、構圖精緻的佳作，如著名的《絕句四首》其三：
兩個黃鸝鳴翠柳，一行白鷺上青天。窗含西嶺千秋雪，門泊東吳萬里船。
黃鸝點綴於翠柳之中，白鷺排列於青天之上，形成色彩的鮮明對比；西嶺的雪和萬里橋的船雖是納入了「窗含」和「門泊」兩個畫框之中，詩裡所展現的時空卻拓展到千秋萬里之外。五絕《八陣圖》更是高度凝練：
功蓋三分國，名成八陣圖。江流石不轉，遺恨失吞吳。
八陣圖在夔州魚復浦平沙之上，傳說是諸葛亮演練兵法的石堆，千年以來在江流衝擊下巋然不動。詩人將諸葛亮建立三分之國的功業和八陣圖的名聲對舉，由此處遺跡推及諸葛亮因對吳國失策而未完成統一大業的遺恨，字字頓挫，大氣磅礡。
杜甫雖然融會古今、兼備眾體，但還是以沉雄博大、悲壯瑰麗為主要風格。說詩者歷來以「沉鬱頓挫」形容杜詩的基本特色。這四字原是杜甫的自評。「沉鬱」指文思深沉蘊藉，「頓挫」指聲調抑揚有致。而沉鬱又另有沉悶憂鬱之意，因此後人以此四字來概括他的特色，便包含了深沉含蓄、憂思鬱結、格律嚴謹、抑揚頓挫等多重內涵。他和李白都代表著盛唐詩歌創作的最高水平，但風格與李白恰好形成一個鮮明的對照，李白天才放逸，不拘法度，沒有錘煉的痕跡；杜甫才學富贍，法度嚴謹，思力極其沉厚。兩人都富於變化，但李白的變化在聲情和辭藻，杜甫的變化在立意和格式。因此前人認為李白是天授的奇才，杜甫是人能的極致，稱李白為「詩仙」，稱杜甫為「詩聖」，確實概括了他們的主要區別。