В 1849 г. ему удается при содействии Кавелина поступить на службу в Московский Главный архив министерства иностранных дел и уже в 1855 г. занять должность правителя дел Комиссии печатания государственных грамот и договоров, в каковой он и пробыл до 1862 г. Тринадцатилетний период службы Афанасьева в Архиве был для него самым счастливым и плодотворным. Служба обеспечивала его и его семью материально и оставляла достаточно свободного времени для научных занятий и активного общения с московскими деятелями науки и культуры. В московских, петербургских и некоторых других «толстых» журналах («Современник», «Отечественные записки», «Русский вестник», «Библиотека для чтения», «Книжный вестник», «Филологические записки», «Русская речь», «Библиографические записки»), альманахах («Комета», «Атеней»), специальных научных изданиях («Временник общества истории и древностей российских», «Архив историко-юридических сведений о России, изд. Калачева», «Известия Академии наук по отделению русского языка и словесности», «Чтения в обществе истории и древностей российских», «Древности археологического общества»), столичных газетах («С.-Петербургские ведомости», «Московские ведомости») одна за другой появляются его многочисленные статьи, рецензии, критические и полемические заметки на исторические, историко-литературные и фольклорно-этнографические темы, а также указатели статей к отдельным периодическим изданиям («Северный архив», «Отечественные записки» Свиньина).

Содержание большинства этих работ составляет экскурсы в далекое и близкое прошлое России. Заслуживают особого внимания его статьи о сатирической журналистике XVIII в., о литературной и издательской деятельности Н. И. Новикова, о сатирах Кантемира, о Фонвизине, Батюшкове, Пушкине, Лермонтове, Полежаеве, Кольцове, Лажечникове (об исторической верности в романах Лажечникова), о государственном хозяйстве при Петре I, нравах XVIII столетия, «Записках» М. С. Щепкина. Из периодических изданий наибольшее количество статей — подписанных и анонимных — Афанасьев опубликовал в «Современнике» (около 50) и «Отечественных записках» (свыше 30). Почти все они имеют критико-библиографический характер. И в «Современнике», и в «Отечественных записках» Афанасьев рецензировал по преимуществу исторические и историко-юридические труды. Его обращения к такого рода литературе диктовалось как собственным глубоким интересом к ней, так и прямой заинтересованностью в этом самих редакторов-издателей, видевших в Афанасьеве добросовестного и знающего дело исполнителя. Весьма примечательно, например, что Н. А. Некрасов, который находил, «что работы по русской истории — есть самое лучшее, самое главное и самое характерное в нашей литературе последних двух или трех лет», добивался, чтобы систематический критический обзор их в журнале вел Афанасьев.

Историческими исследованиями Афанасьев занимался до конца своих дней. В 60-е годы он увлеченно работал над эпистолярным наследием Петра I, изучал по архивным документам дипломатическую деятельность Антиоха Кантемира. Однако, судя по перечню трудов Афанасьева, составленному им самим, нельзя не заметить, как с начала 50-х годов его внимание все больше и больше сосредоточивается на вопросах славянской мифологии, изучению которой он и посвящает ряд своих статей. На 50-е годы падает и самая интенсивная деятельность Афанасьева по собиранию и публикации русского фольклора. В 1855—1863 гг. выходит его знаменитый сборник «Народные русские сказки» (1—8 выпуски), а в 1859 г. — «Народные русские легенды». Наряду со сказками Афанасьев собирал произведения и других жанров фольклора, в том числе песни, пословицы и притчи.