Автор и составитель более 200 научных трудов, один из активных создателей Большого (1945—1965; 1991—1994) и Малого академических словарей русского языка (1957—1961; 1981—1984; 1985—1988). Главный редактор «Словаря русских народных говоров» (СРНГ) с 24 по 46 выпуск.
Демобилизовавшись в октябре 1945, вернулся на учёбу в Курский пединститут и окончил его с отличием в 1948 году по специальности «преподаватель русского языка и литературы в средней школе».
В 1952 году окончил аспирантуру, в этом же году защитил кандидатскую диссертацию «Производственная лексика в русском языке послевоенной прозы».
Книга «История военной лексики в русском языке (XI—XVII вв.)» стала итогом двадцатилетней работы Ф. П. Сороколетова. При исследовании военной лексики древнерусского периода им был применён системный подход к материалу, что давало возможность сопоставления двух состояний военного словаря XI—XIV вв. и XV—XVII вв., исследования семантических процессов и языковых изменений в лексике. По этой книге в 1971 году автором была защищена докторская диссертация. С апреля 1984 — профессор.
Главным делом жизни Ф. П. Сороколетова является «Словарь русских народных говоров», 41 выпуск которого был опубликован до его кончины в 2008 году (редактор, вып. 2—23, 1966—1987; главный редактор, вып. 24—41, 1989—2007).
Благодаря энтузиазму и подвижнической деятельности Ф. П. Сороколетова также созданы два важных труда по истории русской лексикографии: «Очерки по русской диалектной лексикографии» (1987) и «История русской лексикографии» (ответственный редактор, 1998; 2001).
Список трудов см.: Проблемы диалектной лексикологии и лексикографии. К 80-летию Фёдора Павловича Сороколетова. — СПб.: Наука, 2004. — С. 14—25.
Сороколетов Ф. П. История военной лексики в русском языке. — Л.: Наука, 1970. — 384 с. — 2200 экз.
История военной лексики в русском языке (XI—XVII вв.). — 2-е изд. — М.: УРСС, 2009. — 386 с. — ISBN 978-5-397-00679-8.
Сороколетов Ф. П. Избранные труды / Сост.: О. Д. Кузнецова, Е. Ф. Сороколетова; Ред. С. А. Мызников. — СПб.: Наука, 2011. — 480 с. — 300 экз. — ISBN 978-5-02-038264-0.