1937年，吳金鼎通過論文答辯，獲得倫敦大學博士學位。次年，他的博士論文《中國史前的陶器》（Prehistoric Pottery in China，Kegan Paul，London，1938）獲倫敦大學出版基金資助並得以順利以英文在倫敦出版，由此成為中國學者研究中國史前各地區陶器的開先河之作。關於寫作這篇論文的目的，吳金鼎在序言中有明確的說明：“中國考古學中最令人迷惑的問題，就是中國文化的起源，以及中國與西方在古代的關係。而這些問題隨著彩陶的發現又再複蘇引起爭論。”吳氏通過對各地區陶器的分析與比較研究，擬建立一個中國史前文化的年代順序表，以解決當時考古學界爭論不休的問題。對這部著作的成就，後世考古學史家陳星燦曾做過中肯的評價：“應該肯定吳金鼎已經正確地根據陶器的比較（主要在製作技術方麵）把仰韶村的文化遺存劃分為兩個時期，這比梁思永漫然地稱之為混合文化已經進了一步。”又說：“吳金鼎氏雖然沒有論及彩陶的來源，但是通過對陶器的分析，把甘肅史前文化遠遠置於河南仰韶文化之後，這種做法也間接地否定了仰韶文化西來的假設。”[14]
時身在英國曾親眼目睹吳金鼎撰寫這一長篇論文過程的夏鼐，後來不無感慨地論述道：“為了做這一研究，吳先生不但翻遍了所有已出版的關於中國史前陶器的書籍，親身觀摩了幾萬片已出土的陶片實物，並且還特地在倫敦中央高等工業學院，實習原始製作陶器的方法。他的這一部書，因為所收入的材料的豐富，已成為外國人研究中國史前陶器的必備參考書。雖然因為近數年來西北的考古工作者有了好些新發現，加之安特生氏近來將他二十年前在中國發掘的收獲，陸續寫成報告發表，所以新材料增加了不少，有許多可以補充或修正吳先生的書中的說法。但是在還沒有人出來再做這樣綜合的工作以前，吳先生這部書，仍不失為最詳盡的關於中國史前陶器的參考書。”[15]斯言是也。
1937年冬，吳金鼎偕夫人王介忱挾洋博士之光環、“海龜”之盛譽、成名著作《中國史前的陶器》之威力，涉洋渡海回到了生養他的故土。隻是適逢中華大地硝煙彌漫、人頭亂滾、血流湧動的“主大凶”之秋。中央研究院史語所與中央博物院籌備處已遷往長沙聖經學院，吳金鼎夫婦聞訊趕赴長沙，於戰亂中尋找李濟、梁思永等幾位導師。想不到剛剛抵達長沙值敵機轟炸，差點死於敵人炸彈之下。驚魂甫定，便跟隨梁思永等調查小吳門及北關外，因為那裏常有銅器時代墓葬出土。“十二月南京淪陷，研究所緊縮，又擬他遷。”[16]
1938年春，史語所與中央博物院籌備處等機構遷昆明，吳金鼎受李濟之聘，出任中央博物院籌備處專門委員之職。自此，吳氏夫婦協助李濟對安陽殷墟出土的二十幾萬片典型陶器標本進行全麵審查整理。同年10月，在李濟具體組織下，由中研院史語所、中央博物院籌備處聯合組織的“蒼洱古跡考察團”成立，吳金鼎任團長，吳的夫人王介忱以及剛從英國學成歸國的曾昭燏小姐為團員，另偕同幾名技工赴雲南大理及洱海一帶進行史前遺址調查，至1941年1月，在吳金鼎主持下，曾、王二位女士帶領技工在大理一帶發現了蒼山、馬龍、龍泉、下關西等遺址。
1939年2月至1940年6月，吳金鼎率領王介忱、曾昭燏等“蒼洱古跡考察團”成員赴大理郊外，開始用現代科學手段對所獲遺址進行發掘。據曾昭燏在1951年向中共組織部門提交的一份自傳說：“吳氏夫婦皆基督徒，性格也較為保守，所以彼此在一起研究、生活的過程中關係相當融洽。”[17]從後來的事實看，曾昭燏所言不虛，但吳氏在工作、生活中遭遇的挫折甚至悲劇，也與他的性格有很大關係。
此時吳金鼎、曾昭燏一行在大理民眾中了解到，該地區的風俗習慣與中原有異，男人基本不下田勞動，所有的野外工作都由婦女承擔，而此次發掘也隻能采取入鄉隨俗之法，所雇用的技工幾乎是清一色的女性，因而有人說吳金鼎主持下的“蒼洱古跡考察團”開了中國“女性考古”的先河，創造了考古史上的新紀錄雲雲。發掘隊先後發掘了馬龍、清碧、佛頂甲、佛頂乙、中和中、龍泉、白雲甲7處新石器時代遺址和17座古墓。經過對發掘遺物進行整理研究，吳金鼎與他的業師李濟、梁思永等皆認為這一地區的文化麵貌與中原地區有很大差異。鑒於發掘遺址分布於蒼山之麓和洱海之濱，故定名為“蒼洱文化”。這一文化的發現和命名，開創了西南地區文化研究的先河，為中國西南部田野考古與考古學的發展奠定了基礎，同時為後來整個西南部地區文化體係建立了坐標，並產生了廣泛而深遠的影響。