מארש גילה את הצרטופסיים – הדינוזאורים בעלי הקרניים – והגדיר את המשפחה צרטופסיים והתת-סדרהצרטופסים. הוא גילה את הטריצרטופס, הדינוזאור המפורסם ביותר בתת-סדרה של הצרטופסים ואחד הדינוזאורים הידועים ביותר עד היום. הוא גילה מינים נוספים של צרטופסיים (חלקם התבררו מאוחר יותר כלא תקפים) והחל בכתיבת מונוגרפיהמאוירת על הצרטופסים. הוא מת באמצע הכתיבה, ואת כתיבתה השלימו ג'ון בל האטצ'ר וריצ'רד סוואן לול. המונוגרפיה הנ"ל, שפורסמה ב-1907, נחשבת עד היום לאחד הטקסטים המכוננים והשימושיים בפלאונטולוגיה בכלל ובחקר הצרטופסים בפרט, בין השאר בזכות איורים רבים ומפורטים של מאובנים ועצמות שתרמו מארש וממשיכיו למונוגרפיה.
אחרי מותו, המוניטין של מארש נפגע כאשר תאוריית "אבולוציית הסוסים" שהוצגה בגני חיות ומוזיאונים רבים התגלתה כלא מדויקת. נטען שבגלל החיפזון שנקט כדי להקדים את יריביו, הוא הניח מספר הנחות ללא ביסוס מדעי נאות. כישלון זה הוביל להערכה מחדש של עבודותיו, שבעקבותיה חלק מהן נשללו והן הוסרו מגוף הידע הקנוני.
מארש ידוע גם בגלל מלחמת העצמות (או מלחמת המאובנים) שניהל כנגד הפלאונטולוג בן-זמנו אדוארד דרינקר קופ. שני החוקרים היו תחרותיים ביותר, וניהלו מרוץ על גילוי מאובנים וזיהוי מינים חדשים. במהלך המרוץ הזה הם גילו ותיעדו יותר מ-130 מינים חדשים של דינוזאורים. מבחינה כמותית, מארש ניצח במרוץ: הוא גילה 80 מינים חדשים לעומת 56 בלבד שגילה קופ.
The Scientific Contributions of Othniel Charles Marsh: Birds, Bones, and Brontotheres (Peabody Museum of Natural History Special Publication No 15) (Paperback) by Mark J. McCarren
Peter Dodson, The Horned Dinosaurs: A Natural History, Princeton University Press. ISBN 9780691628950. עמודים 57–75