Декан факультета профессор В. А. Золотов предложил Козлову поступить в очную аспирантуру, сопроводив свое предложение словами: „Хочу посмотреть, что может получиться из заочника“. Свою кандидатскую диссертацию, выполненную под руководством большого знатока гражданской войны профессора К. А. Хмелевского, А. И. Козлов защитил с блеском в 1965 году, хотя ему затем пришлось долго защищаться от жалоб и прямой клеветы невежд, сделавших свою научную карьеру на борьбе с „врагами народа“. Многочисленные комиссии ВАКа и партийных органов вынуждены были признать правоту молодого ученого. В 1978 году он также, преодолевая сопротивление „циничных оппонентов“, защитил докторскую диссертацию. В 1980 году ему было присвоено звание профессора.
Началась блистательная научная карьера А. И. Козлова. Его перу принадлежат свыше 320 научных работ, в том числе фундаментальная монография о социально-экономических отношениях на Дону и Северном Кавказе на рубеже XIX–XX веков; монографические работы о М. А. Шолохове, А. И. Деникине, Харлампии Ермакове (прототип Григория Мелехова в шолоховском „Тихом Доне“), И. В. Сталине. Незадолго до смерти вышла книга „Каменистыми тропами“, в которой автор подвел итог своей научно-исследовательской и учебно-методической работы.
Поражает широта взглядов А. И. Козлова, его историческая эрудиция, которая проявилась в многочисленных статьях в центральных изданиях, в региональной исторической периодике, в выступлениях на научно-практических конференциях. Неоценим его вклад в разработку казачьей проблематики. Именно А. И. Козлов, выполняя поручение Научного Совета АН СССР по проблемам революции и гражданской войны, сломил сопротивление партийной бюрократии, запрещавшей проводить научные конференции по истории казачества. Среди научных интересов А. И. Козлова были актуальные проблемы гражданской войны, внутрипартийной борьбы в 20-е годы, Великой Отечественной войны, возрождения казачества. Он резко выступил в печати против попытки реабилитации атамана Краснова, сотрудничавшего в годы войны с Гитлером и фашистским вермахтом.
В 1994 году А. И. Козлову присвоено почетное звание „Заслуженный деятель науки Российской Федерации“.