Ông viết nhiều ca khúc về Chủ tịch Hồ Chí Minh, trong đó nổi tiếng nhất là Hát về Người. Ông có bài Khúc quân ca Trường Sa, được xem là quốc ca của hải quân, ai ra đảo cũng hát; có Bài ca Mặt trận Tổ quốc, ca khúc truyền thống của Ủy ban Trung ương Mặt trận Tổ quốc Việt Nam.

Nhạc sĩ Đoàn Bổng còn có nhiều ca khúc trữ tình quê hương được công chúng yêu mến, như: Dòng sông quê anh, dòng sông quê em; Hà Nội những kỷ niệm trong tôi; Về Hà Tây đi em; Mẹ tôi. Ngoài viết nhạc, ông còn sáng tác thơ. Năm 2017, nhạc sĩ Đoàn Bổng nhận Giải thưởng Nhà nước về văn học nghệ thuật.