第三，發掘成果更為豐富。兩次發掘共開挖探坑二百六十八個，發掘麵積近二千三百平方米，獲得甲骨文一千一百六十三片，還得到大量的青銅器、陶器、石器、骨蚌器等。
第四，認識得以提高。兩次發掘還有兩個重要的收獲，一是糾正了以前“殷墟漂沒說”的誤解，一是發現了後岡小屯、龍山、仰韶“三疊層文化”。
殷墟第一、二次發掘時，根據甲骨在小屯地下分布淩亂，同時在地層中常常發現有密集的如波浪形的凹窩，限於認識的局限，從而建立了不符合實際的“殷墟漂沒說”。這兩次發掘在B區、C區和D區都發現這種現象，工作人員認真觀察，發現地下堆積為廢棄狀態而不是漂流來的，“甲骨原在地，顯係堆積而非漂沒”。地層中發現的密集如波浪形的凹窩，根據城子崖版築夯土遺址的啟示，顯然也不是沉澱層和洪水衝積的遺跡。這些大麵積版築夯土遺址的揭示，改變了以前殷墟發掘中隻重視出土遺物而輕視遺跡的考古觀念，極大地調動了考古組的人員尋找商代建築基址的熱情，為以後大規模的殷墟宮殿遺址的發掘奠定了基礎。
董作賓和李濟等都認為，“要了解小屯必須兼探四境”，“都想用由外求內的方法，發掘小屯四境，以解決小屯”，決定擴大殷墟發掘的範圍。董作賓曾記述了他們的發掘計劃：“二十年的預定計劃，是要向洹河兩岸，十裏以內去尋找與殷墟同時的文化遺物及遺址，再拿殷墟的遺物為標準，找那前於它或者後於它的遺址，來作比較研究。”
後岡在小屯東南一點五公裏處，今安鋼大道高樓莊北側，是西、北、東三麵沿洹河的一片高地。考古組的人員從安陽城裏去小屯的時候都經過這裏，遍布岡上的陶片早已引起人們的注意。第四次殷墟科學發掘中，由梁思永負責，吳金鼎、尹達參與發掘。
在發掘中發現，在小屯文化層下還有一種文化的堆積，其中包含有房址、灰坑、窖穴、灶等遺跡，出土有陶器、玉石器、骨蚌器等遺物。陶器以灰陶、黑陶居多。令人驚奇的是，在這層文化層之下，又發現一種文化堆積層，遺跡有房址、灰坑、溝，出土有陶器、玉石器、骨蚌器等遺物。陶器主要是細泥紅陶及夾砂紅陶。
亞形文方簋
大理石梟
麵對這一複雜的文化關係，梁思永以其淵博的學識和敏銳的觀察力斷定，這是屬於三種性質不同的文化。在第五次和以後幾次發掘中，進一步搞清了三層文化的關係，在《小屯、龍山與仰韶》和《後岡發掘小記》兩篇重要發掘報告中，第一次依據地層學上的證據，確定了仰韶和龍山兩種新石器文化的先後關係以及二者與小屯殷墟文化的關係，解決了中國考古學上一個關鍵性的問題。這就是著名的安陽殷墟“三疊層文化”，從而證明中華文明源遠流長，一脈相承，對西方某些學者所散布的“中國文明西來說”予以有力的反擊。
正因為如此，董作賓在《甲骨學六十年》第二部分“殷代文化寶庫的開發”中指出：在第二階段，“殷墟科學發掘工作，從第四次起換了一個嶄新的局麵，也走上考古學的康莊大道”。
殷墟建築基址的發掘（右前突起上部是礎石）
董作賓科學地將殷墟第一次至第三次發掘作為殷墟科學發掘的第一階段；第四次至第九次為第二階段；第十次至第十二次為第三階段；第十三次至第十五次為第四階段，這得到考古學界的普遍讚同。至今，考古學界仍在沿用這個劃分法。
在發掘工作中，董作賓十分注重對青年考古隊員的培養，他將劉燿安排到後岡，讓劉跟隨梁思永學習曆練，將石璋如安排到小屯E區，自己親自指導。兩個年輕人認真學習，很快掌握了要領，成為史語所考古組的青年骨幹。後來梁思永患病後就由劉燿主持後崗的發掘，劉燿不僅圓滿地完成發掘任務，還寫出了一批高水平論文。
小屯的E區俗稱“七畝地”，屬於當地有影響有實力的耆老何先生所有，他打算以這裏作百年後的墓地，沒人敢在這裏盜掘，地下保存完好。董作賓要石璋如認真觀察，做好記錄，特別注意尋找甲骨和夯土基址，石璋如在這裏果然發掘到甲骨和建築基址，其中就有著名的甲四基址等。石璋如百歲高齡時還回憶說：“這裏很少有盜坑，是很寶貴的；而範圍不大，情形單純，董先生等人就覺得適合讓新人來做，就叫我好好注意現象、做記錄，他們也常常來看有沒有新發現，其實就是在訓練我。”
對年輕人的意見和做法，董作賓也善於聽從接受。在第五次發掘中，石璋如為了尋找夯土台基就接連開坑，沒有按照以前的規矩，而開成了一個很大的坑。董作賓看到後就批評指出：“開這麼大的坑不好記錄。”石璋如回答：“我想把這個基址整個找出來，仔細點也可以記錄下來。”董作賓見石璋如說得有道理，也就接受了。