Основной круг научных интересов — комплекс вооружения Древней Руси и Русского государства, материальная культура и военное дело характерные для Восточного Эллинизма и Раннего Средневековья Средней Азии. Автор нескольких десятков научных работ и статей, в том числе — в журналах «Российская археология» (Институт археологии РАН), «Военная археология» (ГИМ).
Главный редактор и руководитель проблемного совета «Военная Археология» при Институте археологии РАН. Составитель книги «Реликвии Донского побоища. Находки на Куликовом поле» (2008, тираж — 1000 экз.), каталога археологических находок на Куликовом поле[6]. Неоднократный участник научных конференций. Был ведущим секции «Военная история средневековья» на международной конференции «Русские княжества, Литва и Орда в системе этнокультурных взаимоотношений» 2008 года в Туле[7]. Начальник военно-исторического отряда Верхне-Донской археологической экспедиции ГИМ. Руководитель археологических раскопок на месте Куликовской битвы.[4]
О. В. Двуреченский также известен как один из создателей первого коммунистического интернет-телевидения Красное ТВ[8]. По мнению Я. Завацкой: "Красное ТВ не только не ограничивается Двуреченским, но он там даже не был главным, просто он единственный харизматичный блогер из КТВ"[9].
Двуреченский О. В. Каталог реликвий Донского побоища, найденных на Куликовом поле. — М., 2005. — 40 с.
Реликвии Донского побоища. Находки на Куликовом поле / авт.-сост. О. В. Двуреченский. — М.: Квадрига, 2008. — 88 с. — (Реликвии ратных полей / Гос. ист. музей, Военно-ист. и природный музей-заповедник «Куликово поле»). — 1000 экз. — ISBN 978-5-904162-01-6.
Двуреченский О. В., Барышев А. В., Бирюков П. В. Шелом черкасский. — М., Тула, 2012. — 56 с. — (Военная археология: памятники). — ISBN 978-5-903587-18-6.
Векслер А. Г., Двуреченский О. В., Зубарев Н. В., Коваль В. Ю.Археологические исследования Мякининского селища на северо-западе Москвы // Археологические открытия. 1996. — М.: Наука, 1997. — С. 86—88.
Векслер А. Г., Двуреченский О. В.Комплекс вещей из сооружения первой половины XVII века на Китайгородском подворье Троице-Сергиева монастыря // Археологические памятники Москвы и Подмосковья. — М., 2000. — С. 166—182.
Двуреченский О. В.Изделия из чёрного металла // Средневековое поселение Настасьино. — М., 2004. — С. 40—52, 218—261.
Двуреченский О. В.Находки предметов вооружения на Куликовом поле // Куликово поле и Донское побоище. — М., 2005. — С. 209—226.
Двуреченский О. В. На берегах Непрядвы // Родина. — 2005. — № 9. — С. 74—76.
Двуреченский О. В. «Броня крепка». Снаряжение русского воинства в эпоху Куликовской битвы // Родина. — 2005. — № 12. — С. 65—68.
Двуреченский О. В.Комплекс вооружения и снаряжение всадника и верхового коня, происходящие с территории Тушинского лагеря // Археология Подмосковья. Вып. 3. — М., 2007. — С. 254—276.
Двуреченский О. В. Наконечники стрел Московского государства конца XIV—XVII века // Археология Подмосковья. Вып. 3. — М., 2007. — С. 277—331.
Гоняный М. И., Гриценко В. П., Двуреченский О. В. Комплекс вооружения и снаряжения всадника и верхового коня из казачьих слобод Епифанского уезда // Куликово поле Материалы и исследования. — 2008. — Т. 2.