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如上文所述，战国时期疑古思想已经萌芽，然而真正对伪书伪说进行较大规模考辨的当从司马迁作《史记》开始。正如梁启超所说的那样：“作史学的始祖是司马迁，辨伪学的始祖也是司马迁。”
司马迁作《史记》，始于西汉武帝太初年间。此时距秦焚书已一百多年。一些古书相继重见天日。尤其是汉惠帝四年（公元前191年）废“挟书律”后，一些散失于民间的书籍陆续收归朝廷，或藏于私人之手。到汉武帝时，皇帝藏书已十分丰富。司马迁称：“百年之间，天下遗文古事，靡不毕集太史公。”
在各种利益的驱使下，伴随着大量古书的失而复得，造伪现象自然难免。因此收集到的古书也不免鱼龙混杂，真伪相掺。摆在司马迁面前的首要任务是甄别真伪，去除糟粕，为《史记》的撰写提供可靠的史料。
司马迁作《史记》依据的史料来源主要有三个方面：一是当时流传的先秦古籍。《汉书·司马迁传》云：“司马迁据《左氏》《国语》，采《世本》《战国策》，述《楚汉春秋》，接其后事，讫于天汉。”在此班固只是粗略地列举了几部司马迁作《史记》的参考书。今见于《史记》记载的尚有《谍记》《历术》《甲子篇》《禹本纪》《秦纪》等八十余种书籍。
二是皇家收藏的文献档案。秦朝的律令图籍，赖萧何收藏及时，没被项羽焚烧。至武帝时“广开献书之路”，民间献书，堆积如山，武帝令“建藏书之策，置写书之官，下及诸子传说，皆充秘府”。
司马迁所说的“史记石室金匮之书”指的就是此类材料。三是实地调查得到的材料。司马迁从二十岁时就开始漫游各地，足迹几乎遍于全国，所到之处，无不进行调查采访。如《淮阴侯列传》中云：“吾如淮阴，淮阴人为余言。”《魏世家》云：“吾适故大梁之墟，墟中人曰……”《郦生陆贾列传》云：“平原君子与余善，是以得具论之。”诸如此类，不一而足。通过这种实地调查，司马迁收集第一手资料，为撰写《史记》作准备。面对如此丰富的文字资料和口碑传说，司马迁当然不能尽数收录，必须进行一番认真细致、去伪存真的工作。
在史料的收集和考辨的过程中，他主要奉行以下两个原则。
其一，“考信于六艺”。司马迁认为儒家经典是核实史料可靠性的重要依据。他说：“夫学者载籍极博，犹考信于六艺。《诗》《书》虽缺，然虞、夏之文可知也。”
例如，他在撰写《殷本纪》时主要依据的是《尚书》《诗经》。他说：“余以《颂》次契之事，自成汤以来，采于《书》《诗》。”
《货殖列传》开篇即言：“夫神农以前，吾不知已。至若《诗》《书》所述虞夏以来，耳目欲极声色之好，口欲穷刍豢之味，身安逸乐，而心夸矜势能之荣，使俗之渐民久矣。”这里所说“吾不知已”显然是托词，主要是对某些古史记载的真实性表示怀疑，不敢采用。《大宛列传》也称：“故言九州山川，《尚书》近之矣。至《禹本纪》《山海经》所有怪物，余不敢言之也。”可见他对儒家经典之外的记载是持怀疑态度的，而比较相信儒经中关于古史的记载。又如，他在作《五帝本纪》《夏本纪》《殷本纪》《周本纪》时就曾大段地引用《古文尚书》，或取材于《诗经》及其他经书的史料。比如《史记·周本纪》记载后稷的诞生取自《诗经·大雅·生民》。记述公刘之行事取自《诗经·大雅·公刘》，记载古公亶父取自《诗经·大雅·緜》等。同时，《史记》在记述三代及以上历史时，也多次采用现存于《大戴礼记》中的《五帝德》和《帝系姓》的记载。司马迁指出：“予观《春秋》《国语》，其发明《五帝德》《帝系姓》章矣，顾弟弗深考，其所表见皆不虚。书缺有间矣，其轶乃时时见于他说。非好学深思，心知其意，固难为浅见寡闻道也。余并论次，择其言尤雅者，故著为本纪书首。”
例如，《史记·五帝本纪》记载黄帝其人及黄帝击败蚩尤之事、记黄帝正妃嫘祖生玄嚣和昌意之事、颛顼之行事、尧之德行，均取自《五帝德》。《史记·周本纪》记载后稷之母姜嫄之事取自《帝系姓》等。
司马迁在处理古史相关材料时一般采用“疑则传疑”的方法，他说：“五帝、三代之记，尚矣。自殷以前诸侯不可得而谱，周以来乃颇可著。……故疑则传疑，盖其慎也。”
所谓“疑则传疑”就是对可疑的、暂无法分辨真伪的材料，仍然作为可疑的材料流传下去。但他在存疑的过程中也不乏考辨的内容。如对所谓“许由不受尧禅”的传说，他在《史记·伯夷列传》中记载：
尧将逊位，让于虞舜。舜、禹之间，岳牧咸荐，乃试之于位：典职数十年，功用既兴，然后授政，示天下重器，王者大统，传天下若此之难也。而说者曰：“尧让天下于许由，许由不受，耻之，逃隐。及夏之时，有卞随、务光者。”此何以称焉？太史公曰：“余登箕山，其上盖有许由冢云。孔子序列古之仁圣贤人，如吴太伯、伯夷之伦，详矣。余以所闻由、光义至高，其文辞不少概见，何哉？”
他尽管亲自登上箕山看到许由坟墓，但因为所谓“尧让天下于许由”不见于《尚书·虞书》的记载，加之孔子列举让国的圣贤吴太伯、伯夷等，而不及许由，有关许由的文辞记载没有传下来，因此他不相信许由逃尧禅的事是真的，连带着也不相信逃汤禅的卞随、务光之事。
二是“择其言尤雅者”。他在作《五帝本纪》时，指出：“学者多称五帝，尚矣。然《尚书》独载尧以来，而《百家》言黄帝，其文不雅训，荐绅先生难言之。”
这里所说的《百家》似指春秋战国时代的一部小说汇编（《汉书·艺文志》“诸子略”小说家部分录有“《百家》百三十九卷”），其中关于黄帝传闻的记载，司马迁认为不尽可信，连学者也很难说清楚，因此摒弃不用。他主要依据的是《尚书》《国语》《左传》《世本》等典籍，从中“择其言尤雅者”编撰成书。对那些奇异不雅的传说，他更是持慎之又慎的态度。如《风俗通》等书中记有这样的传说：燕太子丹为质于秦，向秦王请求归国，秦王说“待乌鸦的头变白，天上降下粟米，马头上生角，才准许你归国”，太子丹仰天长叹而得愿，秦王不得已，只好让其回国。对此，司马迁认为“世言荆轲，其称太子丹之命，‘天雨粟’‘马生角’也，太过”
，故弃而不用。又如《刺客列传》记豫让刺杀赵襄子之事，基本采用《战国策·赵策》的成文。《战国策·赵策》在豫让刺杀赵襄子未遂反被兵包围后有这样的记载：
豫让曰：“……今日之事，臣故伏诛，然愿请君之衣而击之，虽死不恨。非所敢望也，敢布腹心！”于是襄子义之，乃使使者持衣与豫让。豫让拔剑三跃呼天击之，衣尽出血；襄子回车之轮，未周而亡。曰：“而可以报智伯矣！”遂伏剑自杀。
其中“衣尽出血；襄子回车之轮，未周而亡”三句，今本《战国策》无，此据司马贞《史记索隐》引旧本《战国策》补。司马迁在引用这段记载时，将此三句荒诞不经的传说断然删除。
司马迁还注意用事实来考辨伪说。如在《周本纪》中，他针对学者们所称“周伐纣，居洛邑”一说，据事实反驳说：“综其实不然。武王营之，成王使召公卜居，居九鼎焉，而周复都丰、镐，至犬戎败幽王，周乃东徙于洛邑。”
在《史记·司马穰苴列传》中，司马迁还对当时流传的《司马兵法》作者是否是司马穰苴表示怀疑，他说：
余读《司马兵法》，闳廓深远，虽三代征伐，未能竟其义。如其文也，亦少褒矣。若夫穰苴，区区为小国行师，何暇及《司马兵法》之揖让乎？
按《汉书·艺文志》将《司马兵法》放在“礼类”，也称《军礼司马法》，其中论及古代用兵、出兵之礼。所以司马迁认为司马穰苴作为齐国将领，哪能深入理解《司马兵法》涉及的古代用兵之礼呢？也很难写出这种宏大广博，深远不可测度的兵法来，因此司马迁如实作了这样记载：“齐威王使大夫追论古者《司马兵法》，而附穰苴于其中，因号曰《司马穰苴兵法》。”
在《史记·老子韩非列传》中，他指出：
《畏累虚》《亢桑子》之属，皆空语，无事实。然善属书离辞，指事类情，用剽剥儒、墨，虽当世宿学不能自解免也。
在此指出《庄子》中的《畏累虚》《亢桑子》都是空泛的议论而没有实事根据，主要是用来攻击儒、墨的某些主张的，因此他怀疑这两篇作者有问题。
由于司马迁对史书和史料的处理采取了谨严详审的态度，并做了大量去伪存真的工作，因此《史记》被后人公认为是一部“善序事理，辩而不华，质而不俚，其文直，其事核，不虚美，不隐恶”的“实录”。