石泉长期从事中国历史地理和中国史的教学和研究，尤以古荆楚地区的史地研究见长。1956年写出了《古郢都、江陵故址考》初稿。从正面论证楚郢都及其后继城市江陵以及邻近的古沮、漳二水下游皆在汉水中游西岸宜城县南境，而非在长江边今江陵县北一带。这就触动了千余年来形成的对古代荆楚地理传统解释的根本格局。此后，他对于有关的重要山川城邑位置，进行了全面地深入探讨、论证和重新定位，提出了自成体系的独到见解，并在此基础上修订、充实旧作，写成专著《古代荆楚地理新探》，于1988年10月出版。全书约40万字，核心是最末一篇《楚郢都、秦汉至齐梁江陵城故址新探》（第一次正式发表）。其次是《齐梁以前古沮漳源流新探》、《从春秋吴师入郢之役看古代荆楚地理》和《古鄢、淮、涑水及宜城、中庐、县故址新探——兼论楚皇城遗址不是楚鄢都、汉宜城县》（第一次全文发表）以及《古竞陵城故址新探》、《云杜、绿林故址新探》等几篇力作，都是从古郢都、江陵的外围诸地重新定位着手，落脚到与核心论点配套，加强古郢都、江陵城在今宜城南境的论证。书中的《自序》仿顾颉刚《古史辨》自序的写法，对于自己40余年来从事荆楚历史地理研究的全过程，都作了较具体的轮廓介绍。反映出本文学术工作与学术见解的全貌。

此外，石泉教授还对古“云梦泽”的地名渊源、地望变迁及最后的消失，作了返本探源的深入研究，指出古“云梦泽”在同一历史时期往往不止一处（但只有一处最著称），不同历史时期最著称的云梦泽又常不在一地。历史上不存在跨江南北的大云梦泽。这一新见解同自然地理学者根据野外钻孔材料研究所得的结论不谋而合；也是同考定古郢都、江陵及相关地名的系列研究相互呼应的又一中心课题。

他还对封建后期两湖平原垸田之兴起与发展，如何带动了这一地区农田水利的全面开发并引起相应的地理变化这一课题较早地进行了探索，并指导青年教师开辟了这方面的研究领域。

总之，在荆楚地区历史地理的学术领域内，他提出了一系列富有新义的见解，指明先秦至六朝齐梁时期本地区一系列相互关联的重要城邑山川湖泽位置并非如流行说法所认定的那样，分布在长江边，而当在汉水中游地区。只是由于南朝晚期梁陈之际，遭逢大动乱，政区兴废发生了很大变化，形成了一系列原在汉域的地名随人流徙，移至江域，后世不察，常以陈（周）隋唐以后的地名位置套用于齐梁以前同名异地的城邑山川湖泽等，遂以致误。这一问题得到澄清之后，整个古代荆楚地理面貌将为之一新，先秦至六朝的荆楚地图将需重绘，古荆楚地区开发层次的规律，将重新作出解释，并将有助于两湖平原农田水利建设、石油资源丰瘠的预测、湖北地震带的历史定位，以及历史地名学的发展。

1987年春，石泉应美中学术交流委员会邀请赴美讲学，颇获好评。1988年11月，由他与中外学者发起在湖北省召开了国内外首次举行的“楚国历史与文化国际学术讨论会”获得成功，在海内外学术界产生广泛影响。石泉学风严谨，知识渊博，文思清新，为人正派，因而深受大家的尊敬和爱戴。