郭沫若受命後，立即派人赴滿城實地了解情況。
隨後又在科學院召開專門會議研究確定參加考古發掘人選。
在一切準備工作都就緒後，由中科院考古所和河北省文物工作隊聯合組成的發掘隊，於６月２７日正式開始了發掘工作，２０世紀一次重要的考古發現就此拉開了序幕，默默無聞的滿城一時成了世人矚目的焦點。
發掘工作開始後，為了節省時間和防止文物損毀，考古專家們沒有急於打開墓門，而是先從南耳室南端解放軍施工時炸開的那個洞口出入，一直到清理完各種文物後，才最後打開墓門。
與西漢流行的土坑墓不同，滿城漢墓是頗為奇特的崖墓。什麼是崖墓呢？原來，我國自商、周以來，墓葬的形製基本上是以豎穴土坑墓為主。如安徽壽縣蔡侯墓、湖北雲夢睡虎地秦墓分別為正方形和長方形的豎穴土坑墓，而馬王堆一號墓和江陵鳳凰山漢墓等都是西漢早期豎穴土坑木槨墓的代表。但滿城漢墓的墓室為依山開鑿的巨大洞穴，與傳統的墓葬形式不同，屬於橫穴墓性質，一般稱之為崖墓。
滿城漢墓主人中山王劉勝之所以選擇這種崖墓安葬，大概是受了他爺爺漢文帝的影響。據史書記載，劉勝的祖父漢文帝的霸陵也是依山為陵的崖墓。當年漢文帝經過霸陵時，對臣下說，我的墳墓以北山石為槨，用絲棉漆帛裹其中，可以永保無虞。大臣張釋之回答說：隻要其中沒有寶貴的東西，即使不用石槨也不會遭到破壞。漢文帝連連稱善，以後修霸陵時下令不改動山川，不以金銀銅錫隨葬而改用瓦器，號稱“儉葬”。滿城漢墓與霸陵相似，隻是劉勝不僅隨葬了金銀銅錫，而且還隨葬了許多稀世珍品。
從墓地現場觀察，劉勝在開鑿墓洞之前，先修建上山道路，從東南山腳一直修到選定營造墓地的主峰東坡上，這些古山道就是當地群眾所謂的“跑馬道”。山道建成以後，先在主峰中部離山頂３０餘米處東西向開鑿山岩，造成崖麵，待崖麵形成一定高度後，再開鑿山洞，營造墓室。墓道口使用土坯封門，同時，在封門土坯之間的部分縫隙裏，發現有凝結的外溢鐵水，說明該墓的封門當係在兩道土坯牆之間灌以熔化的鐵水，鑄成一道鐵門。門外再用石塊填塞。這樣費盡周折，目的當然是為了防盜。
劉勝墓全長５１７米，最寬處３７５米，最高處６８米，容積約２７００立方米。他的妻子竇綰墓全長４９７米，最寬處６５米，最高處７９米，容積近３０００平方米，兩墓形製基本相同，均分為墓道、甬道。南耳室、北耳室，中室和後室六個部分。甬道緊接墓道，在其兩側為對稱的南北耳室，其後為寬大而近似方形的中室。中室和後室之間設有石門，劉勝墓的後室在中室之後，而竇綰墓的後室則在中室右側。從出土現象觀察，劉勝墓的甬道、南耳室、北耳室和中室以及竇綰墓的中室，原來在洞室內還建有瓦頂的木結構房屋，後因木料朽腐而倒塌。兩墓的後室都是在岩洞中用石板建成的石屋，有門道，主室和側室三部分。環繞劉勝墓的後室還開鑿了一道回廊。墓內都有排水設施。兩墓各個洞室的頂部作拱形或穹窿頂，室壁都鑿成弧形，沒有發現直壁和直角相交的結構形式，經曆二千餘年，墓洞基本上保存完好，可能同其開鑿形式符合力學原理有關。
從各墓室隨葬器物的出土情況看，南北耳室是庫房和車馬房，中室是寬大的廳堂，後室是象征臥室的內室。這種模仿主人宮室宅院的洞室墓具有明顯的時代性，它比我國西漢初期常見的長方形木槨墓晚，而早於西漢後期及東漢時期存在的多室磚墓，石室墓，在棺槨製度方麵，改變了我國西漢初期“諸侯五重”棺槨的舊禮製，使用一棺一槨和鑲玉漆棺。在葬俗方麵，屬於夫婦並穴合葬，即所謂“同墳異葬”，不同於西漢後期逐漸流行的同穴合葬製度。
精心設計的墓室，工程艱巨，規模宏大。在岩石中開鑿如此龐大的墓室，就是用現代化的施工方法，估計也需要上百人費一年左右的時間，可以想象，在２０００多年前的技術條件下，使用鐵錘和鐵釺進行手工開鑿，所耗費的人力、物力和時間，一定十分驚人。
地下寶藏
滿城漢墓不僅墓室龐大，隨葬品也十分豐富。尤其是劉勝墓，除墓道外，各墓室都放置大量的隨葬器物。甬道和南耳室共放置實用車６輛，馬１６匹，還有１１隻狗和１隻鹿。北耳室的隨葬品主要是陶器，種類和數量都很多，部分陶器內原來還分別裝盛著酒、糧食、魚類等。中室的隨葬品也很多，主要是銅器、鐵器和陶器；室內還陳設兩具帷帳，後室存放棺、槨以及許多貴重器物，死者所穿的金縷玉衣保存完好。兩座墓共計出土文物４２００多件，許多器物製作的工藝水平很高，有些則是過去從未發現過的，儼然是一座地下博物館。
墓中發現的銅器種類和數量都很多，其中有些器物不僅造型優美、裝飾華麗，而且設計靈巧、鑄工精致，是漢代銅器中不可多得的藝術珍品。如竇綰墓出土的長信宮燈，劉勝墓發現的錯金博山爐、錯金銀寫篆紋壺、鎏金銀蟠龍紋壺、鎏金銀嵌乳釘紋壺等，便是最為突出的幾件。