探险队穿越北部山地、沙漠，经过毛目到达新疆巴里坤。斯坦因受到该城长官热情接待。长官可爱、有学问，完全是潘震的翻版，只不过年轻许多。他对斯坦因发现的敦煌文物很感兴趣，并详细介绍古城周围遗址情况。
斯坦因从他那里了解一些他潘震的情况。
潘震在那场风暴前被清朝任命为新疆布政史，未就，革命中，曾经有谣言说他被处死，但是，后来人们发现他出现在乌鲁木齐，当了新疆省国税厅筹备处处长兼审计处处长，接着就任财政厅厅长。清末民初，有些官吏因为犯法或亏欠公款，被省政府收缴不少器物服饰，前后积累，数目可观，这批东西拍卖没人要，久存库中就变坏。潘震发行一种“公益票”，每张售银一两，中彩的人就以库中物品为奖。总共发行三次，把库中的藏品处理完，这为他赢得了好名声。斯坦因决定在吐鲁番考察结束后就去到乌鲁木齐拜访他。
吐鲁番盆地是他神往已久的地方，这里的地理和历史都使他着迷，很早，他就投入大量精力进行研究。从地理上来说，盆地低于海平面，土地肥沃，虽然干旱，但依靠“坎儿井”灌溉，很富庶。盆地与准噶尔草原之间仅有一些山地相隔，游牧、定居两种民族自古以来就有各种联系，这为吐鲁番文化的融合与发展提供契机。玄奘去印度时曾经被高昌王软禁，但是，他用绝食的和平方式战胜高昌王的意志。吐鲁番盆地曾经属于回鹘人建立的帝国，那时，敦煌、甘州都在回鹘帝国版图之中。回鹘人与蒙古帝国保持密切联系，这样，佛教和摩尼教以及千百年来由印度、波斯、中国内地传来的文学和艺术成分在吐鲁番绿洲得以保留下来，直到四、五个世纪前改信伊斯兰教。
斯坦因开始考察木头沟遗址。他想将洞窟寺庙中的所有精美壁画装箱带走，在这之前，柯勒搬走一部分。据说那些身在柏林的壁画遭到蚂蚁、老鼠破坏，啃掉了用于加固泥灰的厚胶和泥灰中的草。斯坦因相信传言可信，因为从现场剩下的壁画来看，他们当初在剥取壁画时非常粗糙，甚至可以说是野蛮破坏。如果再不把剩下的壁画弄走，几年内将损失殆尽。
同时，他把注意力投向唐代阿斯塔那古墓群。出土文物证明，这里埋葬人的大多生活在公元七世纪，就是唐朝开始对西域实施统治的时候。中国人习惯把死者最珍爱的物品殉葬，所以，古墓里的物品就更有意义。缠裹尸体的各类纺织物中，最多的是刺绣和锦缎，图案属于波斯、拜占庭风格。显然，这是唐朝丝绸生产者为了销路才这样投其所好。
墓地里还有各种形态逼真生动的泥塑。
就在他小心翼翼开展工作时，吐鲁番长官派人转达乌鲁木齐政府意见，他们不喜欢斯坦因在这里挖掘。近几年来，中国因为革命而使人们对于亵渎死者的事情满不在乎，这些坟墓只引起当地寻找古董者的注意，但由于迷信心理作祟，不能像斯坦因那样无拘无束。没想到，中国当局干涉了。他敏感地认识到，必须尽快通过潘震消除来自官方干扰。他安排好考察工作，即刻前往乌鲁木齐去协调。
这次相见，潘震仍然表现了以往的热忱，对斯坦因执著科学考察的精神赞赏有加。在他的斡旋下，本来对斯坦因极其反感的杨增新和外交顾问张绍伯维持表面礼仪，在招待会上没有提出考察之事。杨增新大谈国际形势，尤其对日本极其蔑视：“小日本就像乌龟，缩着头还能过活，只要一伸出头来，就挨打！他们以为在甲午海战中占了便宜，其实，那是中国不愿落个大国欺负小国的名声，中国是君子之国，从来不恃强凌弱！”
斯坦因对他的理论不感兴趣，但是，为了能在以后的考察中不受阻挠，便做出很欣赏他观点的姿态。吐鲁番的考察继续进行着。
斯坦因为防万一，特派唐古特率领由45匹骆驼组成的运输队将141箱文物运往喀什中国花园。他打算带领剩余人员打算去高昌古城，但在出发前受到乌鲁木齐当局询问，拒绝他前往那里考察。
斯坦因气愤地说：“那里只不过是些倒塌的房屋，难道杨增新还想作为军事重地吗？”
三月底，所有队伍汇合在喀什。马继业度假去了，代理领事赛克斯接待。
斯坦因花一个月时间重新装箱打包。
这次考察所获文物两倍于上次，有182箱。