剝落前，他倆共同將上層壁畫照原樣臨摹下來。然後剝掉了那幅宋代敗壁，下麵露出了一幅敷彩豔麗、行筆敦厚的唐朝壁畫，畫上還有唐鹹通七年的題字。
當時已到花甲之年的中國最負盛名的書法家沈尹默老先生得知此事後，高度讚揚張大千、謝稚柳等人的功績。他專門給張、謝二人寫了一封信，張大千打開看時，展現在眼前的是沈老那無可挑剔的漂亮書法寫的一首詩：
左對莫高窟，右倚三危山。
萬林葉黃落，老鴉高飛翻。
象外意無盡，古洞精靈蟠。
麵壁複麵壁，不離祖師禪。
既啟三唐室，更闖六朝關。
張謝各運思，顧閻紛筆端。
一紙倘寄我，定識非人間。
言此心已馳，留滯何時還？
沈老詩中問“留滯何時還”，張大千和學生們一直“麵壁”兩年零七個月才“還”。他們共臨摹了276幅畫。
1944年夏末，離開敦煌的時刻終於到來了，這時正是牧草旺、牛羊肥的季節。張大千回過頭來，目光溫柔地看著身後：夕陽、三危山、小溪、晚風中清脆作響的鐵馬鈴。看著這一切，他不由得感慨萬千，一首七絕油然而生：
摩挲洞窟記循行，散盡天花佛有情。
晏坐小橋聽流水，亂山回首夕陽明。
3月至5月，“張大千敦煌壁畫展”連續在重慶三牌坊官地廟展出。著名畫家徐悲鴻、黃君璧，著名詩人柳亞子，著名作家葉聖陶，著名書法家沈尹默、吳玉如等一大批藝術家、文學家、學者都紛紛前往觀看，推崇備至。
在展會上，柳亞子揮毫題寫了“雲海歸來”4個大字。而沈尹默則再次寫下七絕一首：
三年麵壁信堂堂，萬裏歸來髯帶霜。
薏苡明珠誰管得，且安筆硯寫敦煌。
隨後，肖建初攜畫前往西安展出，再次引起轟動。不久，張大千將他臨摹的敦煌壁畫精選了一部分，出版了《張大千臨摹敦煌壁畫展覽特集》、《敦煌臨摹白描畫》等畫冊。
表麵上，這276幅畫就是他“麵壁”3年的收獲，但真正的收獲卻是難以估量的，這就是敦煌壁畫在藝術方麵的價值。
張大千說：
敦煌壁畫是集東方美術之大成，代表著北魏至元代一千多年來我們中國美術的發展史，換言之，也可以說是佛教文明的最高峰。
我們的敦煌壁畫，早於歐洲文藝複興約有一千年，而現在發現尚屬相當完整，這也可以說是人類文化的奇跡。
在去敦煌以前，張大千常聽人說，中國文化多受西方影響。但從敦煌回來之後，他就認為這種觀點並不確切。他說：“敦煌壁畫所繪的人物，可以作為考證曆史的依據。”
人們從張大千的作品中，更加了解了這位堅忍不拔的藝術家，高度評價他在敦煌的藝術實踐。著名學者陳寅恪先生就說：
敦煌學，今日文化學術研究之主流也。大千先生臨摹北朝唐五代之壁畫，介紹於世人，使得窺見此寶之一斑，其成績固已超出以前研究的範圍。
何況其天才特具，雖是臨摹之本，兼有創造之功，實能於吾民族藝術上開辟一新境界。其為敦煌學領域中不配之盛事，更無論矣。
張大千在敦煌的藝術活動產生了很大的影響，當時國民政府監察院院長於右任聽說後，曾專程到敦煌視察，並建議教育部門專門設機構整理發掘。後來行政院通過決議，設立國立敦煌藝術研究所籌委會，張大千為8名籌委之一。
隨後，畫家常書鴻領導藝術委員會和敦煌研究所對石窟進行了研究和整理工作。
同時，敦煌之行也是張大千藝術道路上的一個裏程碑，他的畫風由此發生巨變，山水畫由以前的清新淡泊變為宏大廣闊，畫中大麵積運用積黑、破墨、積色的手法，喜用複筆重色，把水墨和青綠融為一體，豐厚濃重。
同時，他更注意將線條色彩並重的技巧與作品的意境相結合。與此同時，他的人物畫的創作也達到了頂峰，人物勾勒縱逸，個性突出；尤其是仕女畫，由早年的清麗雅逸，變為行筆敦厚，富麗堂皇，人物的衣裙用筆就吸取了唐宋壁畫的各種技法。
自此，張大千成為了一代畫界的宗師。