1921年10月27日开始发掘，12月1日结束，历时36天。发掘由安特生和地质学者袁复礼主持，地质调查所采集员刘长山、陈德广、白万玉、姚某、张某(后二人佚名)5人参与，加拿大骨骼研究专家步达生(D·black)博士和奥地利生物学名誉技师师丹斯基(O·Zdansky)博士也参与了后期工作。发掘者在暴露灰层及遗物较多的东西沟和路沟断崖处开发掘点，沿着这些冲沟发掘了17个地点，感兴趣的读者可以跟着趣历史小编一起往下看。
由于当时已是冬季，为赶时间，在工地上搭了帆布篷，点着汽灯、马灯，夜以继日工作。遗址的发掘收获相当丰富，发现大量的文化堆灰层和袋形灰坑，获得了一批磨制石器、骨器、蚌器和大量陶器。这些器物分装为11箱，用火车运送到北京。以后，又经中国政府同意，将部分器物运到瑞典，建立了远东古物博物馆。刚从美国归来的学者袁复礼在仰韶村遗址的发掘中起到了核心作用，不仅对遗址进行全面测量(按照1：2000和5厘米等高线绘制了仰韶村遗址地形图和仰韶村南部等高线图——这是中国考古史上的第一幅等高线图)，还负担和当局的交涉工作。发掘仰韶村遗址的同时，安特生等还在仰韶村西边的不召寨村进行了小规模试掘，并发掘了杨河村、西庄村等史前遗址。
安特生回到北京后，开始了系统的研究。从仰韶村探沟的剖面上，发现是远古人类居住过的遗迹。又结合运回的各类器物，初步认为仰韶村遗址是一个远古文化，即仰韶文化的连续堆积。按照当时国际上考古学惯例，将其命名为“仰韶文化”。
安特生在在仰韶村发掘中，贡献非常之大。使用手铲、毛刷、铁钩、皮尺、卷尺等由美国带来的发掘工具，在当时是世界上最先进的考古工具，后来成为中国现代考古发掘仍主要使用的传统工具。采用的开挖探沟了解地层的方法，在中国近代考古学史上当为首次，至今仍在沿用。仰韶村成为中国境内发现的第一个史前聚落遗址。发掘中，其按水平层位记录遗址的方法，打乱了自然堆积所形成的层位，忽略了文化层中遗迹、遗物复杂的叠压和打破关系，因此安特生得出了错误的结论：将仰韶村发现的仰韶文化和龙山文化(当时尚未证明是一种考古文化)混为一谈;重点关注了仰韶文化的彩陶，将其与中亚的安诺彩陶简单比较(注意其纹饰差别)，认为前者源于后者，从而得出“中国文化西来说”。安特生的这两个错误结论，尤其是后者，长期以来在考古界造成了很坏的影响。
安特生对仰韶村遗址的调查发掘及其研究资料，经过系统整理，撰写了《中华远古之文化》(载《地质汇报》第五号第一册，1923年)，成为关于仰韶村遗址的最初报道，是仰韶村文化遗址的发掘简报，后由袁复礼译成中文。安特生后来又在《河南史前史研究》(瑞典远东博物馆馆刊第9期，1943年)中，对发掘工作有一些补充说明。
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