ในด้านงานพระนิพนธ์ ทรงเป็นกวีเอก ในการนิพนธ์ร้อยกรองและร้อยแก้วมากมายหลายเรื่อง ทรงใช้พระนามแฝงว่า "น.ม.ส." ย่อมาจากตัวอักษรท้ายพระนามเดิม รัชนี แจ่ม จรัส ทรงมีผลงานตีพิมพ์ (บางส่วน) ได้แก่

• พ.ศ. 2447 - สงครามญี่ปุ่น กับ รัสเซีย 2 เล่ม
• พ.ศ. 2448 - จดหมายจางวางหร่ำ ตีพิมพ์ในหนังสือพิมพ์รายเดือน "ทวีปัญญา" ของพระบาทสมเด็จพระมงกุฎเกล้าเจ้าอยู่หัว
• พ.ศ. 2453 - สืบราชสมบัติ
• พ.ศ. 2459 - พระนลคำฉันท์ และ ตลาดเงินตรา
• พ.ศ. 2461 - นิทานเวตาล พิมพ์ครั้งแรก เพื่อแจกในงานพระราชทานเพลิงศพ หม่อมพัฒน์ รัชนี
• พ.ศ. 2465 - กนกนคร
• พ.ศ. 2467 - ความนึกในฤดูหนาว
• พ.ศ. 2469 - ปาฐกถา เล่ม 1 พิมพ์แจกในงานพระราชทานเพลิงศพ เจ้าจอมมารดาเลี่ยม
• พ.ศ. 2472 - ปาฐกถา เล่ม 2
• พ.ศ. 2473 - ประมวญนิทาน น.ม.ส. รวบรวมจากหนังสือ ลักวิทยาและทวีปัญญา
• พ.ศ. 2474 - เห่เรือ ทูลเกล้าถวายพระบาทสมเด็จพระปกเกล้าเจ้าอยู่หัว ในพระราชพิธีทรงเปิดสะพานปฐมบรมราชานุสรณ์ เมื่อวันที่ 6 มิถุนายน พ.ศ. 2475
• พ.ศ. 2474 - บทร้อง"อโหกุมาร" - ทรงนิพนธ์ด้วยสยามวิเชียรฉันท์8 ประทานให้เป็นบทร้องประจำโรงเรียนเทพศิรินทร์
• พ.ศ. 2473 - กลอนและนักกลอน
• พ.ศ. 2474 - คำทำนาย
• พ.ศ. 2477 - เครื่องฝึกหัดเยเตลแมนในออกซฟอร์ดและเคมบริดจ์
• พ.ศ. 2480 - เสภาสภา
• พ.ศ. 2481 - ปฤษาณาเถลิงศก
• (ไม่ทราบปีที่พิมพ์ แต่ทรงนิพนธ์ช่วงก่อนและระหว่างสงครามโลกครั้งที่ 2) - ยุคกลางในยุโรป หรือ นิทานชาลมาญ
• พ.ศ. 2487 - สามกรุง - พระนิพนธ์สุดท้ายในกรมหมื่นพิทยาลงกรณ์ ขณะนั้นพระองค์ประชวรต้อกระจก ทรงให้ หม่อมเจ้าหญิงวิภาวดี รังสิต (พระธิดาในกรม) จดตามคำบอกของพระองค์