Прошло еще несколько лет, и Ляпунов выступил в печати с работами по устойчивости движения, завершившимися в 1892 году его знаменитой докторской диссертацией, принесшей ему мировую славу и ставшей фундаментом новой области науки — теории устойчивости движения. В своем основополагающем труде он достиг того, что не удавалось никому прежде. До Ляпунова при исследовании устойчивости обычно заменяли первоначальные сложные уравнения движения более простыми, линейными, которые получались отбрасыванием из уравнений всех членов выше первого порядка малости. «Законность такого упрощения априори ничем не оправдывается, ибо дело приводится к замене рассматриваемой задачи другою, с которой она может не находиться ни в какой зависимости», — писал по этому поводу А. М. Ляпунов. Им была разрешена общая задача об устойчивости движения.
Ляпунов разработал два плодотворных метода исследования устойчивости. Первый метод состоит в непосредственном отыскании решения уравнений движения в виде специальных бесконечных рядов. Второй метод вообще не обращается к решению уравнений. Вместо этого отыскивается некоторая функция, свойства которой позволяют судить об устойчивости или неустойчивости. Пользуясь таким методом, Ляпунов указал случаи, когда даже упрощенные, линейные уравнения позволяют точно решить задачу об устойчивости. В этом результате видел он главное свое достижение. Им были даны решения также в некоторых из тех случаев, когда по линейным уравнениям нельзя решить задачу об устойчивости.
После избрания его академиком Ляпунов вновь занялся проблемой Чебышева, которую оставил 20 лет назад. Появляется ряд новых его трудов, исключительных по силе и глубине анализа. «И тем подвигом, которым он пытался начать свою ученую деятельность, он блестяще закончил… свою славную жизнь», — вспоминал о нем академик В. А. Стеклов, его друг и ученик.
Работы А. М. Ляпунова опередили свое время, при жизни у него почти не было продолжателей, за исключением В. А. Стеклова. Но после Великой Октябрьской революции, когда в ходе социалистического строительства в нашей стране стали бурно развиваться наука и техника и выросли новые кадры ученых, появились многочисленные последователи Ляпунова, его идейные наследники и ученики. «Общая задача об устойчивости движения» — докторская диссертация Ляпунова — стала настольной книгой многих специалистов. На ней воспитывались и росли советские ученые, обогатившие теорию устойчивости новыми важными теоремами и разработавшие эффективные методы решения прикладных задач.