月亮湾玉石器的发现引起了当地政府和学者们的关注。1934年3月15日，葛维汉带上了发掘所需物品来到广汉，发掘工作由罗县长全面主持，葛维汉负责全面技术。发掘队来到燕氏的家中，对燕氏发现玉石器地点做了咨询，同时查勘了燕家所处的地理位置。他们发现在燕家房子的西侧附近有一个小山旁（从现在来看，所指小山应是三星堆古城址的西城墙），有个大半圆形弯曲地，好像一轮明月，名叫月亮湾。南面较远处有三个小圆丘的土墩，当地人把它们视为星座，称这些土墩为三星堆。

现场勘查完后，发掘队员在真武村的一座寺庙旁的小屋中安营扎寨，准备次日的发掘工作。由于这里的治安不是很好，为了防患于未然，罗县长派了80名士兵保护发掘队员和发掘场地的安全。发掘队首先在燕氏发现玉石器的地方挖了一条东西方向的探沟，找出了燕氏发现玉石器的坑，原来这个坑是一个长约七英尺、宽约三英尺、深约三英尺的坑，其顶部有二十余枚石璧横卧于上，从大到小顺序排列。墓顶是一水平敷设的石璧，墓边是两列较小的石璧垂直排放。就是在这个土坑里，发掘队还发现数件精致的玉器。

探完了燕氏发现宝物的地方后，发掘队又挖了一个长40英尺、宽5英尺的沟。开始了四川历史上首次考古发掘，也是中国考古史上最早的考古发掘之一。这次发掘，他们一直挖到未经扰动的土层的几英尺深处，发现了许多破碎陶片，或一些手制的工艺品，近百件石璧残块、石刀和玉刀，十五件绿松石和绿石或玉珠、八十余件薄的方形或长方形小玉片。

当发掘队员把溪沟里的东西清理完毕后，他们又另外挖了两个新坑，分别位于前一坑的南北两侧，每坑长40英尺、宽5英尺。在这两个坑里发现了百余件破碎陶片及玉石器，完整的器物很少。另外出土小孔珠和三片薄玉片。通过溪底的清理和三个探方的发掘，葛维汉等人初步认为燕氏发现器物的坑属墓葬，时代大约为公元前一千年左右，并认为这次发现的器物可以帮助了解古代的葬俗、社会和宗教习俗。

发掘工作结束后，发掘队将出土文物全部送到县署，让罗县长过目。罗县长看后说：“这些器物很有科学价值，把它们送给华西大学古物博物馆。”葛维汉对此表示感谢，同时也感谢广汉县人民，感谢他们送给博物馆的这些礼物。这批出土文物和燕家发现的大部分玉石器，从此就落户于四川大学博物馆。经过此次的发掘及资料的发表和研究，人们通常将其称为“广汉文化”。