1918年11月，安特生来到了河南省渑池县，立刻投入到了采集古脊椎动物化石的勘测中。这次的勘测收获并不大，但安特生并没有放弃仰韶。1920年的秋天，安特生再次派农商部地质调查所的刘长山去河南仰韶村采集古生物化石，正是这次调查之旅拉开了仰韶遗址发掘的序幕。他在仰韶村整整停留了三天，每天都亲自实地采集石器和陶片，几天下来共收集到石器和陶片600多件。
    1919年1月，刘长山带着他采集到的各种磨制石器和陶片回到北京，安特生看到这么多的石斧、石镰、石刀、陶片非常震惊，并推断仰韶村是一处庞大的新石器时代的遗址，文化层堆积一定十分丰富，立刻决定亲自到仰韶村考察证实。
    4月18日，安特生和他的同事一行五人第二次来到渑池县，并立刻奔往仰韶村对遗址进行试掘。并初步调查了已知的范围、地层及遗物的出露情况，确定仰韶遗址分布在仰韶东沟和西沟之间的南北长900米、东西宽300米的冲沟内，为正式的发掘做好了铺垫。
    1921年10月23日，一支由安特生带领的发掘队伍来到仰韶村，对仰韶遗址进行了首次发掘。参加这次发掘的共有七人，除安特生外，还有安特生邀请的骨骸专家布莱克博士，地质所古生物学名誉技师斯坦斯基博士两名外国人以及我国地质所的袁复礼、陈德广等学者。
    发掘工作从10月27日开始，考古工作者在发掘工地上搭起了小帐篷，架起了行军床，点着汽灯、马灯，夜以继日地工作，结果就在这块长900余米，宽300余米，总面积约30万平方米的土层下面，出土了一大批石器、陶器等珍贵文物及一具人骨架。湮埋于地下6000年的仰韶文化用它瑰美的图案，为整个中国历史涂上了绚丽的色彩，举世闻名的仰韶村遗址就这样呈现在世人的面前。
    这次发掘在当地被传为美谈，安特生的到来给封闭的仰韶村民带来了少有的快乐。他每天晚上把八音手摇留声机放在所住农家小院的门前“唱洋戏”，还经常为村民拍照，给小孩散发糖果，并对当地的天井窑院、农民犁地、放羊赶车等生产、生活场景进行写生，村民们对安特生的考古队也是极尽支持，留下了中外文化交流史上许多趣话。
    通过对发掘出土文物的系统整理，安特生撰写了《中华远古之文化》一文，这是关于仰韶村遗址的最初报道。袁复礼还测量绘制了中国考古学史上最早的一幅田野考古作品“仰韶村遗址地形图”。按照考古学的惯例，将首次发现古文化遗存的地名命名为该文化的名称，从此，一种在渑池县仰韶村首次发现的以彩陶为主要标志的远古文化系统便被称之为“仰韶文化”。仰韶文化的发现，揭开了我国原始社会考古研究的第一页，填补了中国远古文化发展史上的空白。
    仰韶村遗址被发现后，引起了考古学界的高度重视，为了进一步了解该遗址的文化内涵、来龙去脉，1951年6月，中国科学院考古所河南调查团夏鼐等专家学者对渑池仰韶村遗址再次进行了发掘。
    7月2日发掘工作正式开始，考古工作者在仰韶文化堆积层最丰富的地方，开了一条长20米、宽2米的探沟，发现墓葬9座，出土了彩陶罐、碗、小口尖底红陶瓶、灰褐陶鼎等，还发现了龙山式的黑陶、压印方格纹灰陶、蓝纹陶、灰绳纹鬲、陶杯等。通过这次发掘，确定了遗址的性质，证明该遗址是一处包含仰韶和龙山的混合文化。
    第三次发掘是在1980—1981年间进行的，由河南省文物研究所同渑池县文化馆共同主持。这次发掘进一步澄清了仰韶村古文化遗址的渊源，证实了该遗址含有仰韶和龙山两个考古学文化，四个不同发展阶段的地层叠压关系，强有力地否决了仰韶文化西来说，并为研究我国社会发展史提供了丰富的实物资料。