从五十年代初期开始，他就以山东菏泽、河南洛阳牡丹为重点，在中国牡丹的由来和发展，中国牡丹品种资源的调查和整理，牡丹生物学特性、花型分类、新品种选育等方面，进行了大量的研究工作。先后发表了《曹州牡丹栽培调查报告》( 1956年与周家琪合作)、《中国牡丹品种的演化和形成》、 《中国牡丹品种资源调查和整理》、《菏泽牡丹新品种的选育》等50多篇研究论文；出版了《曹州牡丹》(山东人民出版社1958年)、《曹州牡丹图》、《菏泽牡丹》、《名花拾锦》、《牡丹花》等5部专著。也是《中国花经》、《中国十大名花》两部专著中《牡丹》部分的主要作者。他还与菏泽花农一道先后选育出了牡丹新品种100多种。还本着“古为今用”的精神，对中国古农书中有关牡丹的记载和艺花经验等，进行了科学的总结。

喻衡教授半个世纪以来，一心为牡丹，不辞劳苦，深入牡丹产地调查研究，进行科学实验，并多次应邀前往北京、上海、杭州等地进行学术交流。1993年获得国务院颁发的政府特殊津贴。