三省堂国語辞典は「おう」と「おお」が別々に項目としてあるのですね。
おう [2] [応]（感）〔古風〕承知することば。はい。「－と答えてやって来る」⇒：おう（感） （おう[応]の[1]と[3]は、名詞と造語成分の用法です。）
おう（感）１〔男〕ぞんざいに答えることば。そうか。わかった。「『ただいま帰りました』『－』」２〔俗・男〕ぞんざいに呼びかける声。おい。「－、そこのにいちゃん」３〔話〕⇒おお。４〔古風〕⇒応[2]。
おお（感）〔話〕１おどろきをあらわす声。「－きみか・－、寒い」２思い出したときに出す声。「－、そうだ」３ひとりのかけ声に応じて、みんなが答える声。「『行くぞ』『－』」▽おー。⇒：おう（感）。 三国
初めの「おう」は漢字表記（[応]）があります。次の「おう」と「おお」の漢字はありません。なるほど。
ところが、新明解は「おう」の項に「「おお」とも書く。」とあり、同じものとしています。
おう(感)〔｢お｣の長呼〕 １相手の言葉に積極的に応じて発する声。「－、ここに居るぞ！／－それはよかった」２ 期待通りの結果が得られるなどして、感動して発する声。「－、我ながらうまくいった／得たりや－」３ 外界からの刺激などに対して、驚きを感じて発する声。「－寒い／－こわ〔=怖い〕」[表記]｢おお｣とも書く。 新明解
明鏡は「おお」とし、「「おう」とも。」と書いています。漢字の「応」についても書いています。
おお〔感〕１応答したり承諾したりするときに発する語。「━、いいとも」「━、合点だ」２驚いたり感動したりしたときに発する語。「━、びっくりした」「━、なんと美しい夕焼けだ」３急に思い出したり、思い立ったりしたときに発する語。「━、そうだ」「━、もう出かける時間だ」▽「おう」とも。特に１は「応」を当てることもある。 明鏡
明鏡は「お」も項目としています。なかなか細かいです。
お〔感〕驚いたときや急に気づいたときに発する語。おっ。「━、ブレーキがきかない」「━、雪が降ってきた」「━、太郎じゃないか」 明鏡
さすがに、「おっ」という項目はありません。
さて、「おう」か「おお」か。発音は同じなのでしょう。「オー」という発音を「おう」と書くのは「現代仮名遣い」の約束事です。（それでも、承諾のときは「オゥ」という感じで、少し「ウ」の音になるでしょうか。）
もともと日本語に、ある発音のことばがあって、それに「応」という字を当てることにした（意味も考えて）のでしょうが、それはどういう発音だったのか。「オゥ」か「オォ(オオ)」のような発音でしょうか。仮に二つともあったとして、それが使い分けられていたかどうか。「応」という書き表し方と同時に「おう」「おお」というかなによる表記もあったのか。日本語史の研究で、こういう細かいことまで研究されているのでしょうか。かなり複雑で、難しい問題になるのでしょうね。
現代語として、どう考えたらいいか。
私の感覚では、「おう、寒い」より「おお、寒い」のほうがぴったりします。感動詞としての表記は、現代仮名遣いに縛られなくてもいいのじゃないかと思います。
「答えることば」「呼びかけることば」の、「おう」という表記に近い発音（オゥ）がなされる場合をどう考えるか。そこを重視すれば三国の分け方になるのでしょう。
それほど明確に分けられないと考えれば、明鏡の行き方です。私は明鏡派です。三国の例、「『行くぞ』『おお』」は「おう」でもあるのでは、と思います。
