Publikacje i osiągnięcia Autor ponad 160 artykułów naukowych i 3 książek (w tym napisanej wspólnie z Heights in Diophantine Geometry za którą otrzymali ). Swoje prace publikował m.in. w „Acta Arithmetica”, „American Journal of Mathematics”, „Duke Mathematical Journal”, „Communications on Pure and Applied Mathematics”, „Mathematische Annalen”, „Publications mathématiques de l'IHÉS” oraz najbardziej prestiżowych czasopismach matematycznych świata: „Annals of Mathematics”, „Journal of the American Mathematical Society", „Acta Mathematica” i „Inventiones Mathematicae”.
Medal Fieldsa otrzymał za wkład w teorię liczb pierwszych, lokalną hipotezę Bieberbacha, teorię funkcji wielu zmiennych zespolonych oraz teorię równań różniczkowych cząstkowych i powierzchni minimalnych – w szczególności za wkład w rozwiązanie w wyższych wymiarach.
Znany jest w szczególności z twierdzenia Bombieriego-Winogradowa, będącego jednym z klasycznych wyników teorii sit udoskonalających twierdzenie Dirichleta o liczbach pierwszych w postępach arytmetycznych. Twierdzenie to często może stanowić substytut dla uogólnionej hipotezy Riemanna w dowodach innych twierdzeń.