由于在距一号祭祀坑不远的地方又发现了文物，考古队将其编号为“三星堆遗址二号祭祀坑（1986GSK2）”。发掘工作从1986年8月20日开始，并连续展开24小时工作制。8月25日，把二号祭祀坑开口的整个平面布局找到，该坑属一个长方形的土坑，没有坑道，方向为北偏东35度，祭祀坑长530厘米、宽220厘米。下午4点开始挖坑里的填土，坑里的填土为五花土，也是经过层层夯打，其硬度可想而知。

经过连夜的发掘，于8月26日上午，在坑的南边出现了一件大的铜器，成半圆形，但不知道是甚么器形，上面还压有象牙。随着清理工作的进行，接着又发现了大量的遗物，能辨别的有铜头像一个、铜尊两个、大铜鸟头一个、大铜援一个，还有十几枚象牙。这些器物形体大，是以前都没有见过的。但最早发现的半圆形大铜器由于还没有清理到一定的深度，其面貌仍是一个谜，由于它的体积很大，又有一定的幅度，从当时的形状来看，很像一把“椅子的靠背”，说是像一把椅子的靠背吧，在商周时期还没有出现椅子。因此，在发掘现场的人都在猜它是甚么样的器形？再向下清理，把泥土逐渐清除后，发现了它的“鹰勾鼻子”。清理工作继续进行，穿过重重迭迭的其他器形，隐隐约约又发现它有两只长长的“眼球”，“像螃蟹的眼睛”一样向外突出，这到底是一件甚么样的“器物”呢？

8月27日，最早发现的大“铜椅靠背”终于露面了，原来是一个巨大的青铜面具，所见的椅子的靠背就是面具的内侧，“螃蟹的眼球”就是大面具眼睛中的眼球，两只眼球都突出眼眶之外，突出的眼球长达16厘米，面具的耳朵一只就有28.5厘米。这件面具的造型让人想起古代文献《华阳国志‧蜀志》记载传说中的蜀王──“蚕丛”。

二号祭祀坑开口于五层下，距地表深55至65厘米。二号坑为长方形竖穴式，坑壁微斜，坑上大下小，坑口长530厘米、宽220至230厘米，坑口至坑底深140至168厘米。坑底长500厘米、宽200至210厘米。坑底西南高、东北低。坑内填黄色五花土，填土都经夯打。

二号祭祀坑坑内堆积情况，与一号祭祀坑有很大的区别。一号祭祀坑中的堆积主要是用大量的骨渣、木炭、灰烬和毁坏的范土覆盖在坑内的器物之上，一些被打碎的陶器和青铜器内的范土也夹杂在其间，然后再覆盖五花土夯打；二号坑内则直接用五花土夯填在器物之上。

二号祭祀坑内器物的堆积比一号祭祀坑要复杂，共分为三层堆积。最上一层使用了六十多枚大象门齿覆盖在第二层大型青铜器的残件和较完整的青铜容器之上，大型的青铜器的残件和较完整的青铜容器侧覆盖在最下层的器物之上。最下层的器物主要有大型青铜器的残部件，如青铜神树上的树枝、鸟、青铜尊、罍等器物上的鸟兽装饰件、部分残缺面具、头像的眼睛及小型的玉石器、海贝等杂件。同时在坑底的西南端发现少量的木炭灰烬并迭压在象牙之上，应当是所有器物基本入坑后，最后倒入坑中的。在这些灰烬中夹杂有小型的金饰件、薄皮青铜饰件等。由此知道，当时的祭祀活动结束后，人们先把大型器物砸碎后的“零部件”和小型的器物连同一些灰烬扔进坑内，然后再将大型的器物及面具、头像、青铜容器投入坑中，最后将象牙放入坑内。