按計劃，這次他們從塔裏木河穿行到南方的車爾臣河，行程大致為300公裏，時間約為20天。1900年1月底探險隊順利返程。
休息沒多久，赫定就發動了新一輪的探險攻勢，這回他要探索的是車爾臣河東麵、羅布泊西邊廣大地帶的地質狀況。
1900年3月28日，探險隊在沙漠裏看到一些幹枯的樹幹，溝壑裏露出風雨雕飾過的貝殼。人把腳踏上去時，貝殼清脆地碎裂。這些跡象表明，以前這片土地曾經是塊綠洲。下午的時候，探險隊在沙漠裏發現了幾間木房子，赫定讓隊伍停下來休息，自己則研究這幾間房子。
在房屋內外，赫定拿一把鐵鍬不斷挖掘，挖出了幾枚中國古幣、幾把鐵斧、一些木雕。遠處，還可看到幾處土樓。這時天色黑了下來，赫定不得不停止考察。
第二天早晨，赫定很遺憾地離開這處遺址，他有心再挖掘一下，但是天氣熱起來了，在沙漠裏耽擱太久對整支隊伍很危險。為了節約水和燃料，赫定再次緊縮了隊伍，他讓一名助手牽引兩頭駱駝，把收集和挖掘出來的文物帶回新湖營地，自己則和齊諾夫、法蘇拉、艾爾德克帶著4頭駱駝、一匹馬和兩條狗繼續向南穿越沙漠。
傍晚，探險隊來到一處凹地，發現裏麵竟長著幾株活的紅柳。這說明腳底下有水源，探險隊應該趕緊挖井。但是要動手挖井時赫定發現，探險隊唯一的鐵鍬不見了。原來，前一個晚上艾爾德克把它落在了廢墟中。艾爾德克深知它的重要，表示自己願意趕回去尋找鐵鍬，然後再沿著探險隊的足跡追上來。
艾爾德克離開沒多久就刮起沙暴。躲在帳篷裏，赫定一心盼望艾爾德克能騎馬折回，但是天大亮仍然沒見他的蹤影。出乎大家意料的是，艾爾德克中午安然無恙地回來了，連鐵鍬也帶了回來。
艾爾德克給大家講了他的經過：他出發沒多久就遇到風暴，路麵上狂風卷起流沙，探險隊原來的足跡完全消失了，艾爾德克迷失了方向。他冷靜下來，慢慢摸索，竟然找到了土樓和房子。不過，這個土樓不是前夜他們紮過營的那一個。他還看到，這兒的房屋裏有一些美麗的雕花木板，屋裏散落一些錢幣和雕像，四處都有，數量眾多。
艾爾德克順手拾起了一些古錢，抄起一塊木板，接著去找宿過營的那個土樓。幸運的是他找到了，鐵鍬就立在那裏。艾爾德克拿起鐵鍬，拖著木板往回趕，但木板很重，他想把木板綁在馬背上，可是馬對這塊木板極度反感，一綁就發瘋地跑。艾爾德克隻好自己用手拖，手都磨破了，隻好扔到半路上。
赫定讓艾爾德克休息一會兒後去取回了木板。隻見木板上麵雕琢著精美的漩渦花飾和樹葉，令人目眩。赫定想去挖掘那處遺址，但隊伍在紅柳樹下沒有挖出水，存水隻夠兩天用的，他隻能放棄這個危險的念頭。但赫定與艾爾德克約定，明年冬天一起來，定要讓遺址底朝天。
1900年4月2日，赫定一行到達羅布泊，然後沿水路返回“新湖”基地。
1900年年底，赫定率領哥薩克兵沙都爾及6位助手前往樓蘭。
1901年3月3日，赫定終於找到了去年邂逅的古文明遺址——樓蘭。
樓蘭遺跡
樓蘭遺址分布成好幾塊，赫定先挖掘的是1900年他們紮過營的土樓——烽火台，它們是用磚、胡楊木、蘆葦、紅柳堆砌而成的，已經坍塌破敗。距土樓幾百米處有19間房屋，所有的房屋幾乎都是木製的，牆壁則是用一束束的柳枝糊泥巴構築而成，有3間房屋的門框依然挺立不倒，還有一扇門是敞開的。想來古城裏最後一位居民推門離去後，這扇門就一直保持著今天看到的姿態。
在這處遺址，赫定隻找到一些毛毯碎片、陶器碎片、中國錢幣、斷頭繩子、靴子底和家畜的碎骨頭。
隨後，赫定移師到去年維族幫手艾爾德克所發現的遺址，這個遺址規模較大，像是一座城池。這裏有一處佛寺廢墟，從廢墟中還可以想象出當年的壯麗。佛寺周圍是一座園林，而園林南方正是羅布泊延伸過來的寬闊水域。遺址有間房屋仍然屹立，千年風沙也未將其吹倒。房屋高度為4.5米，當年的主人想來個子不矮。