在库车范围内，伯希和考察了克孜尔和库木土拉石窟，而后伯希和考察队又发掘了苏巴什东西寺址，获得了许多美术品和梵文、龟兹文及少量回鹘文文书。
1907年10月，伯希和考察队到达乌鲁木齐做必要的休整。
其间，伯希和从伊犁将军长庚和原广西提督苏元春那里，得知敦煌发现了藏经洞之事，长庚还让伯希和看了若干写经。
新疆布政使王树枏举行的宴会上，伯希和认识了两年前在兰州目睹过藏经洞写卷绘画的裴景福，并和裴景福讨论过绢画。
乌鲁木齐逗留期间，伯希和还拜见了载澜，并从载澜那里得到一件敦煌藏经洞出土的《法华经》，汉文造诣很高的伯希和一眼便判断出它的价值。
伯希和放弃考察罗布淖尔的计划，直奔敦煌，于1908年2月14日到达敦煌县城，2月25日到达敦煌莫高窟，不巧的是，王圆禄又去敦煌县城化缘了。
伯希和返回敦煌县城，找到王圆禄，王圆禄答应一同前往莫高窟，但是后来王圆禄并没有和伯希和同行，而是让伯希和先到莫高窟，他随后赶到，却故意把藏经洞的钥匙留在了敦煌，然后派人去取，伯希和只能继续等待。
在莫高窟等待期间，王圆禄将斯坦因购买藏经洞文物的事情给伯希和讲了一遍，暗示洞内尚有大量写经，并暗示斯坦因曾经给了他一笔相当可观的银子，伯希和听懂了王圆禄的意思，表示愿意拿银子换卷子。
1908年3月3日，王圆禄领着伯希和进入藏经洞，伯希和被惊呆了，伯希和当即决定，要将藏经洞文物全部过目。
伯希和在藏经洞工作了三个星期，每天在一支蜡烛的微光里挑选，在开始的10天里，伯希和以每天1000卷的速度过目，后来才慢下来，伯希和一共阅览了卷至卷，选出精华数千件。
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