因缺乏饮用水，斯文·赫定只好返回。经过一年的准备，在1901年3月3日，斯文·赫定专程来到这片遗迹，进行了一个星期的发掘工作。经过整理分析，赫定根据出土文书中有楼兰字样，遂将此遗迹定为楼兰，这一重要发现震惊了世界，为斯文·赫定赢得了极大的荣誉。
随后英国人斯坦因、日本人橘瑞超等，都是沿着赫定的路线图找到楼兰遗址的，他们的发掘工作更彻底和细致，但同时也是破坏和掠夺性的。这些工作成了以后楼兰探险的重要地理依据。
尽管从戈壁和雅丹地貌中难以辨认楼兰城昔日的面目，但科学家从大量资料和考察中发现，作为丝绸之路上的重镇，废弃了1500年的楼兰城曾经辉煌一时。据专家分析，楼兰遗迹已经有了1800年的历史，经历了风沙洗劫后，仅存残缺的胡杨木架和少量的芦苇墙。从房子的大小和建筑材料看，当时普通百姓的住房条件比较简陋，但遗迹中留下的大量做工精细的木制品和古钱币又提醒人们，楼兰城中也不乏富甲一方的人家。专家认为，楼兰城中已有了贫富分化，这些木制品同时又为我们展示了当时木工精湛的手艺和楼兰经济的繁荣。专家发现，像这样的民宅，留存下来的还有几十间，并集中在城西组成了居住区，而在城东又分别有行政和军事区，城市功能齐全而布局分明，城市规划和发展意识显而易见。
斯文·赫定，两项成绩使赫定名满天下：一个是发现楼兰古城，一个是填补地图上西藏的大片空白。当然这都是从欧洲人的角度来说，赫定通过精确的描述，第一次把它们纳入西方知识体系。赫定因此成为世界级偶像，激励了包括发现敦煌文书的斯坦因等一批人步其后尘。
斯文赫定，瑞典人，生于1865年，那正是为19世纪地理大发现吞没的时代。西方地理学界，也许可以说是整个知识界已向地图中的空白点宣战，这样的氛围，使斯文赫定对未知世界有一种执著的迷恋。1886年春天（当时19岁中学刚毕业）踏上了离乡之路。之后游历波斯及中东进行了首次亚洲考察旅行，为广袤的亚洲腹地深深吸引，终生事业方向由此确定。
青年时代的斯文·赫定，1886年秋天，斯文赫定进入大学学习。1888年底，赫定最早进入中国。他抵达新疆西部一个有中国驻军的边境据点时，驻军统领柯安当晚就前来拜访并致赠礼物。这个细节表明，当时中国人还没有现代边界意识，至少不认为赫定属于非法越境。1890年4月，斯文赫定再次踏上远赴中东的征途。作为瑞典王国外交使团的翻译，他圆满完成了任务，并在国王支持下开始了它在亚洲的第二次探险旅行。1890年12月他由俄国进入中国新疆，抵达中亚名城喀什。然而这已是他第二次来到中国。1891年1月初，返回瑞典。1893年10月16日，斯文赫定又一次前往亚洲，1894年2月进入帕米尔高原，1894年5月1日，抵达喀什。1895年2月17日，斯文赫定走向塔克拉玛干大沙漠，由于经验不足、条件恶劣，经过苦苦支撑才被正巧路过的一支骆驼队搭救……后来就是前文所说的事情了。
赫定探险最主要的动力是那里的很多地方“从来没有西方人去过”，他想做“第一个西方人”。此后长时间的探险生活，甚至使他无暇娶妻。他说：我已和中国结婚。而这个名字，和中国的古楼兰、敦煌也紧紧连在一起。
901年，瑞典探险家斯文·赫定在当地向导的帮助下在罗布泊北发现了“楼兰古城”，宣称是“沙漠中庞贝城的再现”而轰动世界。中外学者相信，楼兰古城是丝绸之路上繁盛一时的古楼兰国被发现的最重要的历史遗迹，它对研究新疆以至中亚的古代史、丝路之路的历史变迁、中西文化的交流与相融具有至关重要的作用。
探险队，大批的考古学家、地理、地质学者接踵而至。他们是：1905年美国的亨廷顿探险队；1906年英国的斯坦因探险队；1908--1909年日本的大谷光瑞超探险队；1910--1911日本的大谷光瑞、枯瑞超第二次探险队。
这些探险队在楼兰古城及罗布泊地区发掘出的文物其价值之大震惊世界，其数量之丰富难以数计。除新石器时代的石斧、木器、陶器、铜器、玻璃制品、古钱币等等，文物品种极其繁多。其中以晋代手抄《战国策》和汉锦最为珍贵。这份手抄字纸，仅仅比蔡伦105年发明纸晚一二百年，比欧洲人最古的字纸要早六七百年。发掘出的汉锦，色彩绚丽，相当精致。有的绣有“韩仁绣文丸（纨）者子孙无极（即子孙满堂）”。有的绣“延年益寿”、“昌乐光明”或“延年益寿宜子孙”。制作年代在1--2世纪。另一重大发掘收获是发现了当年任西晋西域长史的李柏给焉耆王的信件，即所谓“李柏文书”，根据李柏文书而发现了“海头”故城，这为研究后期楼兰带走了大量古文物，撰写发表了一系列研究罗布泊古楼兰的专著，交口赞誉说楼兰是一个埋藏在“沙漠中的宝地”，是历史遗落下来的“博物馆”，“东方的庞贝城”。
楼兰古城出土的木简我国科学家到楼兰考察，开始于1927年。当年随中瑞（典）西北科学考察团来楼兰的著名考古学家黄文弼和地理学家陈宗器，曾先后数次到达罗布泊北岸考察，发掘遗址，出土了70多枚写有明确的西汉纪年的汉文木简，发掘了汉代烽燧遗址，还出土了相当数量
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