Основные работы Дю Виньо посвящены химии гормонов, витаминов, антибиотиков, метаболизму аминокислот. В 1922 Дю Виньо первым исследовал серусодержащие аминокислоты (цистеин, метионин и др.); показал, что метионин является источником метильных групп в организме, а в определенных условиях незаменим для его жизнедеятельности и действует как витамин. Открыл витамин H (биотин), расшифровал его структуру и показал, что это серусодержащее соединение необходимо для деления дрожжевых клеток. Разработал метод поэтапного гидролиза, расшифровал с его помощью структуру гормонов окситоцина (1932), вызывающего сокращение матки и секрецию молока, и вазопрессина (1953), действующего на стенки кровеносных сосудов и повышающего артериальное давление. Показал, что каждый из этих гормонов состоит из восьми аминокислот: пять из них образуют цепочку, а три присоединены к кольцу в виде «хвостика»; в целом полипептидная цепь была уложена в виде цифры 9. В 1932 осуществил синтез окситоцина (это был первый синтез полипептидного гормона), а в 1952 получил его в кристаллическом виде и установил аминокислотную последовательность.

Дю Виньо исследовал также химическую структуру инсулина, разработал методы синтеза, очистки и выделения антибиотиков (в частности, пенициллина), изучил строение витаминов группы B.

Был членом Американской академии искусств и наук (с 1948), почетным профессором Нью-Йоркского (1955), Иллинойсского (1960), Рочестерского (1965) и Вашингтонского (1968) университетов.

Умер Дю Виньо в Уайт-Плейнс (шт. Нью-Йорк) 11 декабря 1978.