斯文·赫定发现楼兰古城的成果瞬间传遍欧洲，人们开始意识到:这是一个沙漠中的宝地，意味着梦想、神秘、财富和荣誉。此后，欧洲的探险家们接踵而来。
1905年，美国的亨廷顿率探险队进入楼兰。紧接着，1906年，英籍匈牙利人斯坦因也来了，并于1907年3月12日到达敦煌。在此期间有个小插曲。斯坦因冒充是玄奘的徒弟，从中国的一个道士手中，骗取了大量经书，被许多人称为是:“敦煌盗宝第一人”。
斯坦因当时只打算考察一下洞窟，然后去罗布泊探险。但很快，他从一位商人口中知道了王道士发现藏经洞的事，这让他兴趣大增，于是决定留下来探个究竟。
3月16日，他来到千佛洞，虽然没有碰到王道士，却从一个小和尚那看到了一卷精美的经书，虽然看不懂，但直觉告诉他这很古老，这让他更是大喜。
5月21日，斯坦因通过他的中文翻译蒋师爷和王道士进行了初次接触，并表示愿意用捐款换取一些经书写本。王道士犹豫不决，没敢马上答应。
斯坦因装作对藏经洞文物不感兴趣的样子，并时王道士正在修的洞窟感兴趣，王道士很兴奋;带着斯坦因等人参观了洞窟的全貌。有一天，王道士终于拿出了一卷写经，借给斯坦因研究研究，这是玄奖署名翻译的一部佛教经典。
于是，斯坦因就自称是从印度来的佛教信徒，是玄奘法师的弟子和崇拜者，奉命将当初所取的经书带回天竺。这番鬼话，对一个愚昧的道士来说比金钱还灵，很快就起了作用。为了不引人注意，王道士在每天夜里取出经书让斯坦因翻选。就这样，斯坦因用几块银元换取了满满24箱写本和5箱绢画、刺绣等艺术品，并经过1年半的时间，于1909年1月全部运到了英国博物馆。
在得到经书之后，他又对喀什、和田、尼雅、安得悦等遗址进行考察，又窃取了许多文物，并于1906年12月初到达了婼羌，在当地雇了50人，开始楼兰探险。
12月17日，他看到了斯文·赫定在地图上标注的楼兰。映入他眼帘的是一幅荒凉的景象:空城在瑟瑟的寒风中屹立，空旷的沙漠荒凉而寂静。地面受到了严重的侵蚀，建造城邦的大梁木也被破坏殆尽。
斯坦因在此扎下帐篷，开始发掘文物。他指挥雇佣来的工人和助手们挖了10来天，发现了佛塔，发现了三间房子的残迹，还发现了用新土与红柳枝或芦苇建造而成的古城墙。他还发现，这是一个很小的古代居民点，每一间屋子都出土有丰富的文书，还有用印度文字写成的文书，从而证明了，公元3世纪印度文化影响到了楼兰。此外，他还发掘了大量的艺术品、丝织品、木雕、浮雕、毛毯碎片、刷漆的家具、精美的绣鞋、青铜艺术品等。
从出土的书简所记载的日期，他得出结论:这个神秘的城市大约是在公元3世纪至4世纪时废弃的。在发掘过的官署遗址内，他甚至还发现了斯文·赫定在1901年遗失的一把金属卷尺，并在英国皇家地理学会举行的一次宴会上将它还给了赫定。
而曾伫立于这片土地的斯坦因，也感受到了一种历史风云变幻的悲凉。这些宝物，几乎让人难以置信:这个荒漠在过去的2000年里，曾经也有过辉煌灿烂的文明。
后来，随着雇工连续患病，淡水越来越少。斯坦因于12月29日这天，带着装满了楼兰“发掘品”的骆驼队，在寒风中离开了楼兰，再次前往敦煌。
1907年新年，斯坦因再次进入楼兰，这一次他得到了一个更大的惊喜—他发现了米兰古城!米兰古城在古代又称磨朗、密远，是楼兰国最早的王城。早在公元前77年，楼兰国内发生政变，请求汉军到米兰驻守，米兰自此繁华起来。
斯坦因十分惊喜，在给朋友的信中，他描绘了米兰的文物:“有一打打的藏族鱼鳞战甲残片，这比藏文经书更让我惊喜。从一座破坏严重的寺院里，我找到了几个完好的头像，还有约公元300年的用贝叶写成的书。”
这一件又一件的稀世珍宝，足够价值连城了。但让他没想到的是，更大的惊喜还在后面。一天，他来到一座大佛寺，意外地看见了美丽的壁画—带其天使的头像。他激动地说:‘’这太令我兴奋了，真是了不起的发现啊!世界上最早的安琪儿被我找到了，她们也许在2000年前就飞到中国来了。”他还认为，壁画的整个构思和眼睛等是西方式的。从用古印度文记载的绸带中，他判断出这座寺院废弃于公元3至4世纪。
他还看到了拿着花的快乐的男青年和女郎，画面里是一派喜悦的生活场景，其风格很像是古希腊罗马式的。他调侃说:”这些美丽的女郎是从哪里弄来的玫瑰花冠，这些男青年的酒杯是从哪来的?这一切都太奇怪了，简直像是用魔法在卡尔顿周围创造出了沙漠，让一伙迟到的赴宴者为之惊叹不已。
斯坦因在米兰呆了18天，远远超过预期，盗取的文物数不胜数。
从1914年开始，斯坦因进行了他的第三次探险。这一次，除了获取大量的文物外，他最主要的成就是发现了一些墓地，发掘了两具男性头骨，证实了其身份。
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