斯坦因前后共到过莫高窟五次：1907年3月一次，5月三次，1914年一次。3月的这次初步勘察，石窟壁画“美术价值之丰富”已经使他“惊心动魄”了。5月间是他的主要活动时期，第一次是在中旬，正赶上莫高窟的佛诞庙会，人多眼杂，他在自己著的《西域考古记》中这样记录道：“这里虽有丰富的机会，不少的遗物，可以为研究佛教艺术之用，然而开始还是以限于考古学方面的活动为妙。如此庶几不致激起民众的愤怒，酿成实际的危险。”第二次是5月21日，他再来莫高窟，庙会已经散了。他就把帐篷扎在那里，准备长期“努力侦察”密室发现的“宝物”。但这时也不凑巧，王道士出门化缘去了。“宝物”被封锁在石室内，他只好暂时先去附近考察。
1907年5月底，斯坦因第四次来到莫高窟，王道士也已经回来了。这一次，斯坦因要在从疏勒雇来的秘书———湖南人蒋孝琬的帮助下，进行“长时间奋斗”。王道士虽然不懂古文书的价值，但保管起来还是十分小心谨慎的，也许他是害怕由于自己的疏忽而激怒了神灵，平时不敢随便打开示人，因此想要接近它是不容易的。王道士为人极其狡猾机警，令斯坦因难以捉摸，即使尽其所有的“金钱来引诱他同他的寺院，还不足以胜过他对于宗教的情感，或者激起众怒的畏惧”。然而，下寺的壁画却给了他很大的启发：王道士对唐代的高僧玄奘充满了虔敬，于是他找到了进攻的突破口。
斯坦因用他那很有限的中国话向王道士述说他是如何地崇奉玄奘，如何循着玄奘的足迹从印度穿越峻岭大漠来到莫高窟的。王道士显然被这些话所感动了，当天夜间，他就悄悄地把秘室所藏的写本拿给斯坦因看，于是又有一个侥幸的机会帮了斯坦因的忙。原来王道士最初拿的这几卷试文书，正是玄奘翻译的佛经。这岂不是玄奘在显圣！王道士的勇气为之大增。第二天早晨，他就将斯坦因引入了密室。
当时这座密室这座密室里的情形，按斯坦因的话说：“从王道士所掌微暗的油灯光中，我的眼前忽然为之开朗。卷子紧紧地一层一层地乱堆在地上，高达十尺左右。小室约有九尺见方，俩人站了进去，便无多少余地了。”“道士自被我开导以后，于是很热心地将卷子一捆一捆抱了出来”，供其展观。除了卷子写本之外，还有“用无色坚韧的画布作包袱的一个大包裹，打开之后，一是古画”，“颜色调和，鲜艳如新”。
斯坦因暗中观察到王道士对这些宝贵的卷子和艺术品“竟看得很不算什么”，深感惊异松快。但他又想到：“到了这一步，热烈的心情最好不要表露太过。”果然，“这种节制立刻收了效”，“道士对于遗物的漠视因此似乎更为坚定一点。”为了更彻底地清除王道士“对于流言的畏惧心情”，斯坦因告诉他要捐一笔功德钱给庙里，这样价钱就讲定了。于是他们约定，在斯坦因离开中国以前，这些“发现品”的来历，不能让别人知道。“此后单由蒋师爷一人运送，又搬了七夜，所得的东西愈来愈重，后来不能不用车辆运载了。”最后，斯坦因得到“满装写本的二十四口箱子，另外还有五口内里很仔细地装满了画绣品以及其他美术品的遗物”，全部运到了伦敦大英博物馆。
1914年，斯坦因再到敦煌，王道士又以五大箱装600多卷写经与他换取了相当的马蹄银。他前后在莫高窟所得，共计9000多卷写本和500多幅佛画，形成了他一生考古事业的顶峰。为此，他在西方获得了各种荣誉，如英国皇家亚洲学会颁赠的金质奖章，牛津大学颁赠的荣誉博士学位等。西方学术界也对斯坦因的在华活动给予充分肯定。但在中国他的客观行为自然得到了截然相反的评断，至今仍使子孙余怒难消。
斯坦因在中国的成功，大大影响了国外的考古学者。
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