离开额济纳河后，我把探险队分成几个小队，直到1914年11月的第一个星期，我们才在哈喇和卓绿洲重新会合。哈喇和卓绿洲位于吐鲁番盆地中央，地理位置十分重要。选择吐鲁番作为我的冬季探险目的地和主要考古发掘地，有考古学和地理学方面的原因。就地形而言，吐鲁番盆地在很密集的地理范围内，各种极度干旱地区的自然现象都集中在了一起，塔里木盆地所有的一切特点，这里都有所表现。除此以外，吐鲁番地表径流的终点盐湖，是全世界陆地中位于海平面以下最低的一个下陷地层。
吐鲁番盆地的北面是天山山脉大量积雪的博格达山，南面是滴水全无的库鲁克塔格山，而吐鲁番盆地就夹在两条山脉中间。沿着库鲁克塔格山麓，是一条巨大的地质断层槽。断层下陷最深的地方，在海平面1000英尺以下，成为吐鲁番盆地最奇异的特点。盐湖沼泽大部分都已干涸，与罗布泊相比较，干涸湖床的规模有如小巫见大巫。向北是荒凉的高山坡地，斜坡上广阔无垠的古冰川河谷逶迤而下，与和田东部的昆仑山地区极为相似。山麓部分由于发生过一次大规模的地质地层变位，隆起了一连串荒凉的丘陵，并向盆地下部延伸，由此构造出了地质断层槽。这些丘陵，因为都是裸露的红色砂岩层和砾石岩层，中国人称之为“火焰山”。
吐鲁番盆地的绿洲灌溉用水并不是从天山流至绿洲边缘的雪水，而是通过坎儿井引导从山上潜流下来的地下水。吐鲁番盆地气候干燥，并且因为槽谷过低，一年多半时间极其炎热。而由于炎热的气候以及泉水和坎儿井的灌溉，吐鲁番盆地绿洲可以实现一年两熟。在这种气候适宜的环境条件下施以灌溉和管理，再加上土地肥沃，当地谷类以及水果、棉花等出产丰富，也就不足为奇了。
我现在所见到的吐鲁番，商业发达，贸易兴盛。从历史记载和保留至今的历史遗迹看，过去这里也很富庶。这不仅是因为那有限的一点土地适宜垦殖，还应归功于当地与天山北部各地交通往来便利，便于贸易。天山北部因为气候比较湿润，分布有广阔的优质牧场，那里出产的牲畜、羊毛之类的农牧产品，正是吐鲁番所缺乏的。而博格达山东西方向的山谷通道又终年可以通行，交易往来，十分方便。大自然的这一眷顾，造就了吐鲁番盆地的繁荣。
吐鲁番盆地和迪化及古城之间互相依赖的情形，从这些地方的古代政治史中也都可以反映出来。汉唐时期，无论是北方的匈奴人、突厥人还是中国内地人来统辖这些地方，那时的车师前国和车师后国的政治命运同现在一样，也都是密不可分的。公元8世纪末，唐朝在中亚的势力趋于衰落以后，这些地区的情形还是一样。公元790年，车师后国的都城北庭都护府被吐蕃和葛逻禄联军攻破，不同势力对这些地区的争夺也就此告终。
到了公元9世纪中叶，回鹘人在中国西北边陲突破了吐蕃人的势力，统有东天山的大半地区，于是吐鲁番及其以北广大地区成为回鹘可汗的牙帐所在地。这种情况一直延续了数百年。在中亚原先是游牧民族的回鹘人，来到这里后，更热心于享受自己的传统生活，同时也能够灵活适应新的变化。一方面，一到夏季，回鹘可汗便把他们的牙帐迁移到天山北坡，享受传统的生活方式，并长久地这样保持下去。另一方面，则向居住在吐鲁番绿洲的人们吸取物质方面和精神方面的力量，用以加强自己的势力，享受拥有属地的快乐。
回鹘人统治吐鲁番盆地，一直到公元13世纪初蒙古人征服此地时为止，但是从文化方面来看，就在此后也没有发生什么较大的变化。据宋太平兴国六年（公元981年）王延德出使高昌回鹘时所作的记录，那时的吐鲁番仍很兴盛，佛寺众多，还有许多从波斯来的摩尼教僧侣。王延德也看到回鹘可汗仍不忘游牧旧习，每年都要到天山北坡去居住一些时候。蒙古人统治的时间，回鹘酋长虽然已改宗伊斯兰教，但是一直到公元1420年苏里唐·沙鲁克出使中国经过此地时，佛教依然昌盛。
吐鲁番的佛教信仰源远流长，根深蒂固，回鹘统治时期又没有遭受过激烈的变乱，因此伊斯兰时期以前的文化遗存，如宗教、文学、美术之类，四五百年来还能够比较完好地留存至今。同时，因为吐鲁番盆地特别适宜灌溉，历史上，在很长的时期里耕地面积也没有发生显著的变动。在塔里木盆地的尼雅或楼兰，有许多废弃的遗址或无人居住的处所，为我们还原古代人们日常生活真实情景提供了依据。与那里不同的是，吐鲁番盆地几乎所有重要的古代遗迹都未曾被完全毁坏，或者说未曾被人们完全废弃。在这里，所有伊斯兰时期以前的遗迹等，实际上都在绿洲或绿洲附近。也就是说，它们离人类的生活区域并不遥远，甚或就在城市和乡村附近。
因为吐鲁番盆地非常容易寻找和到达，所以一直到19世纪末，在很长一个时期内，俄国旅行家都曾关注过这里。在俄国旅行家的影响下，后来德国和日本的探险队也都先后来到这里，并做过大规模的考古学活动。在这些探险队中，尤以1907年著名的德国学者格伦威德尔和勒柯克两位教授所得各类文物最为丰富。不过，1907年我来到此地并做短期停留时，发现吐鲁番的古代遗址并未完全发掘干净。
因此，我当即决定，用一个冬季的时间，以吐鲁番为主要目的地进行大规模的考古学和地理学考察。拉尔·辛格的职业精神使他永远期望新的工作，于是我派他去测量那片大部未被勘测的库鲁克塔格沙漠区域。另外一位测量员，我则安排他在吐鲁番盆地进行地理测量工作。而我和另外两位印度助手当即就开始考古学方面的工作。此后三个半月的时间，我们就一直忙于此事。
邻近的哈喇和卓大村，是一处被当地人称为达克亚努斯地方的亦都护城。这里是我们的第一个考古发掘地。这个地方，很久以来一直被认为是突厥文中称为“Khocho”的高昌故城，也就是唐朝以及后来回鹘统治时期的吐鲁番都城。古城呈不规则形状，四周城墙环绕，面积约1平方英里。城内还分布着用土坯砌筑的各种建筑物遗迹（吐鲁番除果树外，其他树木稀少）。在这些建筑中，大部分是佛教寺院，其中规模宏大的为数不少。历年以来，附近村落的村民常在古代建筑遗址挖取老土，用作肥料。多年的取土毁损，使得古代建筑遗迹逐渐变小，并且大多遗址都已被夷为平地，开垦成农田。
自从格伦威德尔和勒柯克教授先后在此发掘，获得丰富的古代文物以后，当地居民看到了一条致富途径。于是他们想尽办法去寻找有价值的古代写本和文物，卖给迪化的欧洲旅行家和中国收藏家。因此，古代遗址被毁坏的现象更加严重，这一类古代物品的出土数量也随之大为增加。但是对我来说，还是到那些流沙堆积较深，没有被人发掘过的遗迹去比较妥当。经过系统的考古清理，我们找到了各种各样的古代遗物，如壁画残片、纸本画和布质画的残幅，以及一定数量的塑像。这些出土文物，都可以反映出吐鲁番的佛教美术情况。此外，我还获得了一些用作装饰的纺织品残片，发掘出土了一些用回鹘文、吐蕃文、汉文以及摩尼教的变体叙利亚字母书写的文书残片。
这些遗址，由于一直有人居住，所以不容易断定这些出土文物的准确年代。对于断代较为有用的物证，是发现了一大批保存良好的金属物件，如铜镜、各种装饰品以及家具等。在那里，还出土了许多中国古钱币。根据这些古物，我判断，出土文物的年代为宋代。后来证实，我的判断与实际情况差距不大。我所发掘清理的这些古代建筑，在公元12世纪初叶应该还在正常使用。不过，当时佛教寺院那个圆顶形建筑已经衰败，并且已经开始坍塌。
在赶忙考察完吐鲁番东部一些小遗址，以及那处被称为斯尔克普塔的佛教大塔遗址之后，我便立即转向风景如画的吐峪沟峡谷，把注意力集中到那里的古代遗址上。在那里，依然保存着以前佛教僧侣与其他教徒居住和使用过的大量石窟。这些石窟就像蜂房一般点缀在风蚀严重的山谷峭壁上。峭壁下面，是一条小河，流向以出产葡萄和葡萄干闻名的小绿洲。这里的山坡不甚陡峻，修建有窄狭的台阶，还保留有一些小寺院和僧寮遗迹。在最上方的遗址中，德国的吐鲁番探险队曾获得重要的古代写本文书。
这些洞窟，以前并没有多少人来此处活动，基本看不到人为破坏的痕迹。但近些年来，当地寻宝人在此乱挖滥掘，一片狼藉。但在厚沙堆下面，还可以找出一些保存相对完好的遗址。发掘过程中，为了不至于造成新的人为破坏，我雇用了很多民工才把地表清理干净。以前在荒无人烟的沙漠遗址中挖掘，我常常遇到各种困难，早已习以为常。如今，在吐鲁番的古代遗址中进行考古挖掘，与以前的经历相比，这点困难简直微不足道。发掘结束前，我在吐峪沟获得了大量精美壁画残片和塑像残块，以及汉文和回鹘文的古代写本。
到了12月中旬，我们从吐峪沟转移到了木头沟的柏孜克里克千佛洞遗址。这里有一条流经哈喇和卓绿洲的河流。柏孜克里克千佛洞遗址就位于河流西岸的砾岩台地上。这里有很多曾经气势恢宏而今已经坍塌了的寺院。在这些寺院中，有很大一部分是开凿山崖修建的石窟寺。石窟寺的墙上都绘有壁画，为回鹘统治时期的遗物。壁画内容是佛教故事和崇拜图像，种类和风格极为复杂。就其内容之丰富和美术蕴涵之精彩而言，吐鲁番盆地任何其他同样的遗址都无法与之相比拟。柏孜克里克千佛洞遗址的壁画可以说是价值非凡，只有敦煌千佛洞丰富的古代壁画可以与之相媲美。1906年，格伦威德尔教授以他深厚的佛教图像学和美术造诣，对这些精美壁画做过仔细的研究，还挑选了许多壁画切割下来运回柏林。后来勒柯克教授也曾切割下一些壁画，也都很好地保存在柏林。
几百年来，这里的壁画被当地人有意损坏了不少。到了近些年，当地人出于非宗教的原因又破坏了一次。他们很鲁莽而毫不吝惜地将一部分壁画从墙壁上拆卸下来卖给欧洲人。这种人为破坏愈演愈烈，并且还将持续。在这种情形之下，当务之急，是要对这些精美的佛教绘画美术遗迹中最有价值的标本尽一切可能进行保存。而唯一可行的措施，只有用系统安全的方法拆下和运走。这是一件费时费力的工作。但我的助手奈克·萨姆苏丁训练有素，在这方面有丰富的经验。我立即毫不犹豫地安排他来负责这项工作，并由阿弗拉兹·古尔全力协助他。切割拆取壁画的工作，他们连续不断地进行了两个多月，最终取得了丰硕的成果。为了指导他们顺利有效地工作，对那些需要切割的有价值的壁画，我事前就仔细地画好了的图样。
切割下来的壁画，足足装满了100多箱。装箱时，一切都严格依照我第一次包装米兰佛教寺院壁画的专门方法操作。这些脆弱易碎的大泥板，用骆驼、牛、驴运输，经过近3000里的路程，穿越海拔18000英尺的达坂，最后究竟是如何安全运到印度的详细情形，此处不予详述。为了陈列我第三次探险带回的古代文物，新德里专门修建了新的博物院。从1921年至1928年，我的美术方面的朋友和助手安得鲁斯先生的大部分时间都花在这里，即如何把柏孜克里克的壁画进行妥善安置。
1914年圣诞节前后，我匆忙跑到天山北面的省城迪化，拜访我的一位学者老朋友、时任新疆藩台的潘大人。在我的三次探险中，无论远近，他都一直给予我热心的帮助。省当局曾有一次想阻拦我，幸亏他的帮忙才得以打消。1930年我再次来到那里时，这位全省钦佩的公正长官已经逝世。他虽身兼要职，一生却是清风两袖。那时我能抓紧机会亲自向他道谢，回想起来，总算是值得聊以自慰了。
1915年1月，在木头沟附近的考古探险工作完全吸引了我，使我无暇他顾，所得收获既丰富又离奇。
从木头沟口出山的峡谷地带是一大片满是砾石的荒地，位于阿斯塔那大村之上，西面和哈喇和卓相接。那里有一大片古代墓地古墓表面堆石，呈小圆锥形状。那些用石头排列围砌的坟茔，把古墓一组一组地分开。墓室大都挖掘得很深，深入到细砾岩或砂岩层中。由坟堆便可推知墓室的位置。从岩石上凿出一条狭长的墓道，埋葬后又进行填塞。由墓道下去是一段短短的隧道，是为进入墓室的通道，还筑有砖墙挡住墓口。
据当地人说，19世纪阿古柏统治期间，新疆曾发生叛乱。此后，这些坟墓大部分都曾被盗掘过，以搜掠值钱的随葬品。盗掘的时间也有可能还要更早一点。而据我们的考察，在吐鲁番绿洲中，无论是树木还是牛粪一类的燃料都很缺乏，所以那些古代棺材上的硬木头，也就成为很有用的副产品了。以前开向墓室去的甬道已被流沙完全掩埋，而当地的气候又异常干燥，所以我们从那里得到的东西都保存得很好。近些年来，中国因为革命，改变了人们敬畏死者的观念，于是这些古墓便引起了当地寻宝人的注意。他们的盗掘并没有深入，但是，由此却可以看出，地方当局对此类事件并无禁止管制之意。我于是能找到阿斯塔那的一个村民作为向导进行挖掘。这个村民在这方面有丰富的经验，对古代墓地分布地点也非常熟悉。
当地不缺人工，我很快便召集到足够的民工。于是无数古代墓葬先后都被掘开了。我在对每一座古墓做了系统研究之后，当时便弄明白了，这些古墓属公元7世纪中叶。这是唐太宗贞观十四年（公元640年）征服此地以前，统治吐鲁番的当地王朝中最后诸王在位的时期。至今依然存在于哈喇和卓和阿斯塔那附近的高昌故城，就是当时的行政中心和屯戍重镇。
紧邻古墓墓室的入口处，还可以找到汉文砖志，同样为古墓断代提供了直接证据。据吉列斯博士和马伯乐教授的解读，这些墓志记载的是死者的姓名、生卒年、生平等。这同有些古墓中出土的汉文文书中所写的年代也相符合。那些文书的内容都是一些日常例行的琐碎公事，如驿站的建立、书信的登记、部属的过失之类。有几具棺材，在我们到来前尚未被盗墓者打开。其中一具就放有一大包各种各样的纸，显然是用来填塞棺材的。
所有出土的古尸，以及放置在一起的随葬物品，大都保存得很好。这自然是气候干燥的结果。我获得的出土文物种类繁多，几乎所有的出土文物都可以帮助我们了解那一时期吐鲁番地方日常生活的诸多方面。这些文物中，有做得很逼真的家具用品的模型，以及许多彩绘塑像；有制作得很精致的女佣雕塑，衣饰甚为有趣；还有一些武士雕塑，大约是侍卫之类。其余便是衣饰特别的当地仆役塑像。
此外，还出土了一些形象生动制作精致的马俑，可以使人联想到帕米尔高原的巴达克山人种。鞍鞯之类的物品十分华丽，可以看出当时所用马具的基本情况。鞍鞯的装饰图案中，许多至今仍然被当地的鞍鞴工匠使用。许多驼俑也是仿照真实生物制作的，其精美程度不亚于马俑。在墓室入口处的小室中，我们又找出许多奇形怪状的大塑像，和中国雕刻中的土鬼极为相似，大约是供死者拒退妖魔使用的。
在为死者准备的许多食物中，最有趣的是各种各样保存完好的面点。特别是那些极脆易碎的面点，经过盗墓者的浩劫之后居然还能够完整保留，实属难能可贵。由于这些古代面点极脆易碎，所以安全地装箱和转运难度很大。死者的陪葬品中还有妇女的化妆品，这一定是死者生前所使用的真实物品。
这里也有裹尸的习俗。和楼兰古墓的出土遗物一样，裹尸物大都是丝织品。对于研究古代的织造美术和工艺来说，这些真是丰富而有趣的实物资料。阿斯塔那古墓的出土物年代大概都很确定，所以尤其具有学术价值。织物中有些是彩色或单色织成的人物画。那些复杂的图案，对于研究那一时期中国新疆地区的丝织品意义重大。纺织品上的图案都是公元3世纪至7世纪近东各地以及伊朗（为方便起见，称为萨珊王朝时期）所特有的装饰风格。
这种萨珊式人物画丝织品特别用于死者的外衣。其中尤其值得专门介绍的是，一个精美的图案化的熊头，放在萨珊式的珠圈之内。这是很有力量而又很新式的一件作品。此外还有一些中国织造的人物画丝织品，其母题却是特别的萨珊式。那一时期西方图案影响到中国的有趣情形，由此可以很清楚地看出来。这一类丝织品，也许当年就是专门织造出来用于对外贸易的。
古代东西方交流的情形，还有一个奇异的证明，那就是金币。仿东罗马样式铸造的金币，按照当地传统的风俗含在死者的口中。公元6世纪萨珊王朝铸造的银币则用来覆盖死者的双眼。但是具有真正美术价值而值得在此一提的，大都仍然是中国的物品。有一块由几幅连接起来而非常精美的卷轴绢画残片，显然是死者生前珍爱的遗物。我得到的只是残片，上面细致地描绘出一些妇女在花园中的情形。中国美术到了唐代达到极盛。这一幅画虽仅余残片，但仍不失为传世古代绘画的一个可靠标本，具有很高的学术价值。
我在吐鲁番获得的大量考古学方面的古代物品，都被仔细地包装好，并用租来的50只骆驼来驮运。我把这支古代文物驼队交给我最可靠的突厥仆人伊布拉音伯克，由他押送，经过两个月的长途跋涉之后抵达喀什。
到了2月中旬，吐鲁番盆地的地理测量工作也即将完成，我于是得以来到交河故城遗址开展探察工作。交河故城遗址所在地是一块孤立而坚固的高耸天然台地。故城遗址以古代建筑和倒塌了的房屋、庙宇为主，它们大都是向下挖掘黄土建成的。这里是汉代吐鲁番的古代都城，形式和规模都非常宏大。但是，由于遗址里面的黄土被附近村庄的村民掘去作肥料，所以建筑物遗址内只剩下很少的几层沙尘堆积。正因为如此，一旦中国官方禁止我做考古学活动的时候，我也乐意放弃此地而收队直奔南面的库鲁克塔格山，开始在沙漠中进行新的探险。