עבודתו המרכזית רוכזה בספרו "הספרות היהודית ההלניסטית" (1958, 1963), הדן בראשיתה של ספרות זו. החוקר משה דוד הר מציין כי "למדנותו הרחבה של גוטמן הן במדעי היהדות והן בלימודים הקלאסיים אפשרה לו להרים תרומה משמעותית להבנתה של התקופה ההלניסטית בתולדות עם ישראל ובספרותו. הוא הציע תובנות מקוריות בנוגע לעניינם של הפילוסופים היוונים ביהדות, שהיה מרכיב חשוב בהתפתחותה של ההלניסטיות היהודית".[3]
בשנת תשי"ט-1959 זכה בפרס ירושלים לחכמת ישראל, על החלק הראשון של ספרו "הספרות היהודית ההלניסטית": "היהדות וההלניות לפני תקופת החשמונאים".[5]
נפטר בבית החולים הדסה בירושלים בנובמבר 1963, לאחר מחלה קצרה. בן 73 במותו. נטמן בהר המנוחות.
הותיר אישה, בטינה (1907, ברלין – 2001, ירושלים), ושני בנים, יאיר ונתנאל.
כחודש לאחר פטירתו קיבלה אלמנתו בשמו את פרס ביאליק, על החלק השני של ספרו "הספרות היהודית ההלניסטית" – "היהדות וההלניות בראשית תקופת החשמונאים".[6]
ספריו
תולדות ישראל, תקופת הבית השני: קובץ הרצאות, ירושלים: מפעל השכפול, תשי"ד.
הספרות היהודית ההלניסטית, ירושלים: מוסד ביאליק, תשי"ח–תשכ"ג.
כרך א: היהדות וההלניות לפני תקופת החשמונאים, תשי"ח.[7]
כרך ב: היהדות וההלניות בראשית תקופת החשמונאים, תשכ"ג.
בעריכתו
פרקי הלכה: חוברת א: הלכות מלוה ולוה; ערוך ומבואר על ידי יהושע גוטמן, חיפה: בית הספר הריאלי העברי, תרצ"ח.
מדרש בראשית רבא; מבחר ערוך ומבואר בידי יהושע גוטמן וד"ר יוסף שכטר, תל אביב: שוקן (ספרי מופת לבתי ספר), תש"ב.
משה שובה ויהושע גוטמן (עורכים), ספר יוחנן לוי: מחקרים בהלניסמוס יהודי לזכרו של יוחנן לוי ז"ל (תרס"א–תש"ה), מרצה לשפה ולספרות רומית באוניברסיטה העברית, ירושלים: הוצאת הספרים ע"ש י"ל מאגנס – האוניברסיטה העברית; תיאסוס חברה עברית למדעים קלסיים בירושלים, תש"ט.
יצחק בער, יהושע גוטמן, משה שובה (עורכים), ספר דינבורג: קבץ דברי עיון ומחקר מוגש לבן-ציון דינבורג על ידי ידידיו וחבריו, למלאת שלשים שנה לעבודתו המדעית ועשרים וחמש שנים לעבודתו הפדגוגית, ירושלים: הוצאת בית-המדרש למורים העברי בירושלם על ידי קרית-ספר, תש"ט.
הומירוס, אודיסיה; תרגם מיונית שאול טשרניחובסקי; קיצור והערות מאת יהושע גוטמן, מהדורה ג, ירושלים: שוקן (ספרי מופת לבתי ספר (בית הספר הראלי העברי בחיפה)), תשי"א 1951.