Selon le Larousse historique de l'orthographe, seules les éditions de 1835 et de 1878 « font une remarque concernant le pluriel : « les deux grand'mères », mais
« les deux grands-pères ». Certains dictionnaires du français moderne enregistrent les deux variantes [Petit Larousse Illustré et Grand Larousse de la langue française] : grand-mères ou grands-mères, d'autres alignent grands-mères sur grands-pères (Petit Robert) ».
De son côté, la 9e édition du Dictionnaire de l'Académie française ne donne que le pluriel grand-mères, grand-tantes.
Les dictionnaires de difficultés sont partagés. S'ils optent, c'est sans condamner la forme non retenue (grands-mères ou grand-mères). Girodet estime grand-mères préférable. Le sévère Thomas en reste à la graphie de l'Académie et indique que c'est l'orthographe retenue par les dictionnaires Larousse. Hanse préconise grands-mères (et relève, comme Grevisse l'a fait, que c'était la graphie qu'on trouvait, non pas dans le Dictionnaire, mais dans la Grammaire de l'Académie française). Grevisse, dans Le Français correct se borne à mentionner les deux graphies, tout comme Jouette. Colin ne mentionne que la graphie invariable.
On peut considérer que si grand, placé avant le nom, conserve sa caractéristique épicène (même graphie pour le masculin et le féminin), l'utilisation du trait d'union conduirait logiquement à l'accord au pluriel : une grand-mère, des grands-mères comme on a un grand-père, des grands-pères. Sur ce point donc, suivons l'avis de Hanse et du Petit Robert, tout en reconnaissant que les positions des auteurs normatifs, la graphie unique du pluriel que retient encore l'Académie, la présence des deux variantes (grand-mères, grands-mères) dans le Petit Larousse illustré conduisent à reconnaître les deux formes comme correctes.