Hallvard Lie underviste i litteraturhistorie ved Universitetet i Oslo (UiO) i nesten 30 år. Han var en pioner innenfor litterær stilforskning og ytet viktige bidrag til forståelsen av skaldediktningens utvikling.
Lie tok examen artium på latinlinjen ved Eidsvoll landsgymnas 1926 og magistergraden i norrøn filologi ved Universitetet i Oslo 1936 med avhandlingen Studier i Heimskringlas stil. Dialogene og talene. I studietiden var han fra 1928 assistent ved Universitetsbiblioteket i Oslo og deretter bibliotekar samme sted 1937–48. Han ble dr.philos. 1948 på avhandlingen Jorvikferden. Et vendepunkt i Egil Skallagrimssons liv. 1948–55 var han dosent i litterær stilforskning ved UiO og 1955–75 professor i litteraturhistorie, særlig middelalderlitteratur.
Hallvard Lie var en nybrottsmann på stilforskningens område. I avhandlingen om taler og dialoger i Heimskringla sammenligner han Snorres tekst med den utforming det samme stoffet har i eldre islandske kongesagaer; han beskriver de forandringer Snorre har gjort, vurderer hvorfor de er gjort og får dermed et bilde av hvordan Snorre utnyttet de litterære virkemidlene han rådde over til å skape sine kongesagaer. Samtidig mener han å ha funnet frem til hvordan Snorre tenkte, hans “tankeform”.
I doktoravhandlingen tar Lie for seg Egils saga. Han godtar at Snorre er forfatter av denne sagaen og hevder at fornuftsmennesket Snorre ikke har forstått de psykopatiske trekkene hos “trollkallen” Egil. Gjennom en grundig analyse av Egils dikt mener han likevel å kunne vise at Egil selv trodde at Gunnhilds trolldom hadde fått ham til å dra til York, som sagaen sier. Avhandlingen er spennende lesning, men det er litt påfallende at uten rasjonalisten Snorres prosa hadde det ikke vært lett å forstå “trollkallen” Egil og hans trolldomskyndige motstander Gunnhild.
I avhandlingen Skaldestil-studier (1952) er problemet hvordan den “ikke-naturlige” skaldestilen ble skapt. Lie kritiserer de forskere som mente at det var irsk og eventuelt annen fremmed innflytelse som var grunnlag for det nye versemålet dróttkvætt, og hevder at det virkelig nye er at versformen er uavhengig av naturlig setningsaksent, og det trekket er fullt utviklet alt hos den eldste kjente skald, Brage, tidlig på 800-tallet. Han henviser også til de klare ikke-naturalistiske trekk i f.eks. vikingtidens treskurd. “Natur” og “unatur” i skaldediktningen (1958) inneholder bl.a. kritikk av den svenske forsker E. A. Kock, som hadde påstått at eldre forskere gjorde skaldediktningen mer innviklet enn den faktisk var. Lie viser med mange eksempler at Kock feiltolker Snorres ord i hans egne dikt og mangler forståelse for vesentlige sider ved skaldestilen. Han kritiserer også mer tradisjonsbundne skaldetolkere fordi de ikke har forstått at det “unaturlige” i skaldediktningen faktisk var selve kjernen i denne kunstarten. Disse to avhandlingene er blant de viktigste bidrag til forståelse av skaldediktningens utvikling.
Lie hadde i mange år samlet materiale til en oversikt over nyere norsk vershistorie. Norsk verslære (1967) er et verk på nærmere 900 sider. Som i arbeidet med skaldediktningen legger Lie her vekt på at hans vurderinger gjelder det håndverksmessige ved diktene, men på samme måte som ved skaldediktningen kommer nok også hans vurdering av diktene som helhet ofte til uttrykk.
Hallvard Lie hadde ingen stor produksjon. Han tok helst for seg emner som han hadde studert grundig og som han med rette anså som viktige, og det han skrev, er godt. Hans kritikk kunne være hardhendt, men da var den også vel fortjent. Han oversatte Njåls, Egils og Gisles sagaer og skrev en lang rekke artikler om skaldediktning i Kulturhistorisk leksikon for nordisk middelalder.