一九二七年一月，梁启超给正在哈佛大学学习考古学的儿子梁思永的信中说：今天李济之（李济）回到清华……他们演说里头还带着讲“他们两个人都是半路出家的考古学者（济之是学人类学的），真正专门研究考古学的人还在美国——梁先生之公子”。我听了替你高兴又替你惶恐，你将来如何才能当得起“中国第一位考古专门学者”这个名誉，总要非常努力才好。
从这里我们不难看出，梁思永进入“中央史语所”后，会得到傅斯年和李济怎样的重用和重视。 一九三一年三月二十一日，停了一年的殷墟第四次发掘到底还是开始了，因为这一次有梁思永参加，被后来的学者称之为殷墟的第一次科学开挖。因为从这一次开始，采用了梁思永依据土质土色不同划分地层进行发掘，而不是之前殷墟发掘所采用的人为划分水平地层的方法。以后我们会知道，这样的改变，对中国的考古学，具有怎样的意义。 这一次的发掘虽然还是李济主持，但是，从开挖方式的改变可以看出，很多的主导意见是来自梁思永。从这里，更加可以看到，李济的胸怀若谷和高洁的人品。 第四次发掘，主要地快分为三个，即小屯村北、四盘磨、后冈。重点还是小屯村北，发掘，时分为A、B、C、D、E五区，分别由梁思永、郭宝钧、董作宾负责。开探沟一百七十五个，面积大约一千四百七十平方米，发现大片版筑基址、房子、灰坑及墓葬（18座），出土甲骨文七百八十二片，青铜武器、工具及铸铜陶范，陶器有白陶、釉陶、灰陶等，还出土有玉石、骨牙、蚌器等。坑E10中出土大量兽骨，邮鹿头刻辞、虎头骨、象牙床、鲸背胛、牛骨及鹿骨等。尤以象骨及鲸骨的发现，对于研究商代的动物群以及当时的气候、生态环境与交通更具有重要意义。 第四次发掘可谓阵容强大，吴金鼎也参加了，并且也很被看重。他和李光宇负责四盘磨的发掘。开挖了探沟二十一个，发掘面积一百余平米，发现灰坑、墓葬等，出土陶器、铜器、石器、蚌器等。 第四次发掘的最大亮点是后冈发掘，是从四月初开始的，由梁思永负责，参加人吴金鼎、刘燿等。 发掘地点在冈顶附近，以顶点为原点向四方发展，开坑二十五 个，面积约二百一十六平方米。发现白灰面房子、窖穴等，出土彩陶、黑陶、灰陶、以及骨器、石器、蚌器，并出土一块字骨。这是小屯以外第一次甲骨文字的发现。 这次发掘的最主要的收获是这里直接叠压的地层关系。 对后冈的发掘梁思永与吴金鼎是有备而来的。一九三零 年秋，在济南龙山镇城子崖的第一次发掘，吴金鼎作为城子崖遗址的发现者参加了发掘工作，梁思永虽然未参加此次发掘，但参与了报告的编写工作。可以说，两人对城子崖的材料了然于心。后冈发掘前，梁思永与吴金鼎到后冈勘察，地面采集到很多与城子崖相似的陶片。这是当时发掘后冈主要动因。 是的，他们已经接近考古历史上的一个重大的发现了，只是风云突变。 这一年的五月初，原本已经投降蒋介石的西北军石友三部突然叛变，与中央政府决裂，他们竟认为中研院在安阳的发掘小组是奸细。于是一九三一年五月十二日，全体人员迅速撤离了安阳，第四次发掘宣告结束。 但是，所谓东方不亮西方亮，殷墟不行了，还有城子崖。 山东古迹研究会随即于一九三一年十月九日，开始了城子崖第二次发掘。 这次带队的是梁思永、吴金鼎两位年轻的考古学家以及王湘等人。 第一次发掘，因为李济和董作宾知识结构的局限，以及在相关考古发掘技术上的缺陷，发掘工作存在一定短板。但是，作为留美归来并掌握了现代考古知识与手段的梁思永，已经完全突破传统考古认知和方法，尤其在田野考古方面，填补了李济、董作宾等老一代考古学家留下的空隙。 李济对梁思永在这方面的贡献十分认可。他曾经这样说：“梁君是一位有田野工作训练的考古学家，并且对于东亚等考古问题做过特别的研究。两年来他对于考古组的组织上和方法上均有极重要的贡献。”梁思永在主持城子崖第二次发掘时，对考古操作改革多涉及田野考古之细节，如：每坑作业工人降至最低限度以提高效率；以布袋代替麻纸包装，既可多次使用节约又不易损坏而紊乱；改善出土物标签的记录方式，详细标明出土地点等等。但梁思永在城子崖很重要的贡献是在出土物整理与报告编写方面，主要由他构建的整理方法及报告编写体例，开创了中国考古报告的先河，此与他早年曾整理研究过李济所发掘的西阴村资料有着很大的关系。 到了城子崖第二次发掘后期，暴雨突至，雨水迅将几个已经挖掘了一米多深的探坑全部灌满。根据以往经验和办法是等待坑水全部自然干涸后，才能继续发掘，这样至少要等一个星期的时间。 经过商量，决定采用吴金鼎提出的建议，借用村民的水桶将探坑中的水排出，晾干，尽快重新发掘。 梁思永、吴金鼎亲自上阵，在齐腰的水中与民工一起排水，保证了发掘工期按时完成。 此次挖掘，除去星期日休息，实际工作二十天，单日最多用工四十八名，开挖探坑四十五个，总面积达到一千五百多平方米，发掘古物共装六十箱，由龙山运至济南山东古迹研究会保存。 从出土文物看，陶器多为手制，但轮制已经出现，这些陶器技艺精湛、造型独特，遗憾的是制作工艺已经失传。 由出土的卜骨、筑版与夯土分析，梁思永断定城子崖文化与殷商文化为直接的传承关系，同时又反衬对殷墟建筑遗址的重新认识。 城子崖遗址发掘首次发现以磨光黑陶为显著特征的新石器时代遗存，最初被称为“黑陶文化”，后经梁思永提出统称为“龙山文化”。 梁思永对于城子崖遗址发掘最大的贡献，在于他通过安阳殷墟后冈遗址的发掘，出土了与城子崖遗址下层文化相同的黑陶期遗物，从而进行比照研究。参照殷墟后冈遗址文化堆积不同土质、土色、包含物来划分文化层，成功区别出不同时代的古文化堆积。 考古历史上的一个重大的发现已经是呼之欲出了。 一九三一年十月底，梁思永刚刚完成城子崖遗址的第二次发掘，又马不停蹄的参加了这一年十一月七日开始的殷墟第五次发掘。 在这次发掘中，梁思永仍主持后冈的发掘，也是后冈的第二次发掘，参加者主要有刘燿等。 发掘点仍在冈顶附近，开坑 二十个，面积约三百八十五平方米。遗迹发现龙山期白灰面和夯土围墙，以及小屯、龙山、仰韶三层文化的清晰堆积，即三叠层堆积。 出土遗物主要是陶片，仰韶期有红陶彩陶钵、圈口瓶和灰陶高脚鼎等，龙山期有绳纹灰陶或光面黑陶尖鬲足、甗及鬼脸式足鼎等，小屯期有绳纹灰陶肥鬲足、刻纹白陶及卜骨等。 这次发掘最大的贡献是梁思永在后冈发现了后冈三叠层。 后冈三叠层的意思是，在考古学地层上，最上面是殷墟、中间是龙山，最下面是仰韶。从地层上证明了中国的历史由史前到历史时期是一脉相承的。 严格说来，后冈地层之准确认识是在第二次发掘过程中才得到的。梁思永此时刚从城子崖发掘归来，对龙山遗物的具体形象非常熟悉。梁氏在发掘小记中对地层与文化层有详细描述，其科学之操作技术于今毫不逊色：“后冈地面下的土层，发现各种深浅的灰、黄、绿、黑、褐等颜色纵横交错，似乎情形复杂，但在第二次发掘停工之前，我们已将这些各色的土层分别的归并为三大层。这三层在地面下的关系是：第一层在第二层之上，第二层在第三层之上。在全冈上还没有发现过第一二三3 层重迭的情形，也没有发现第一层直接堆积在第三层上的情形。第一层与第二层之间，黄土绿土混杂，没有清楚的界线；第二层与第三层之间，有硬褐色土一层（山东龙山镇土人呼为鸡矢拌土），界线分明，一目了然。”
根据上述描述可知，后冈遗址的文化层堆积既非只有三层，亦非是整合的序列，而是各层单一或其中的两层或更多层互叠散布于四处。梁思永田野考古技术的重要意义，在于动态而全方位地观察整个冈地文化层（包括遗迹如白灰面）的纵横布局。地层归并后的三叠层，也不是1 —2 —3 三层依次叠压，而是1 —2 、2 —3 的情形。 梁思永不仅搞清楚了其全部顺序，更重要的是，还搞清了每一层的平面分布范围，以及厚度变化，由此建构了整个冈地文化层堆积的三维立体图形，然后再纳入每一层的出土遗物特征，又全方位了解遗物的分布情景。 “后冈三叠层”发现之前，学者们对西部彩陶文化、东部黑陶文化以及中部灰陶文化三者的早晚关系众说纷纭，而早晚的年代学问题恰恰是深入研究的基础。梁思永采用正确的发掘方法，解决了这个学术难题，这成为了解中国史前文化与历史文化之间关系的一把钥匙，有力地驳斥了当时一些西方学者提出的“中国文化西来说”。