斯坦因于12月中旬到达楼兰，8年后的1914年，他再次来到楼兰。他在楼兰发现了许多类似于在尼雅发现的东汉织锦残片，上面的汉隶络文分别有“韩仁”、“绣文丸者子孙无极”、“昌乐”、“长乐未央”、“益寿延年”、“登高明望四海”等字样。其中“韩仁”锦是斯坦因在楼兰的一件重要发现，这件红地织锦的画面色彩穿插、风云流动，是东汉织锦中的佼佼者。其中的动物形象神态各异，生动逼真。整个色调和谐精巧，富于变化。工艺精美，巧夺天工，其技术和艺术方面都达到相当高的水准，充分显示了东汉时期织锦的豪华和魅力。他还发现了一块毛织地毯残片，上面的图案和人像具有典型的罗马风格，明白无误地再次展示了中西文化在楼兰地区很早就交汇融合的事实。
斯坦因在楼兰发现了一个城堡，他认为是汉代卫戍之所。他还挖掘了一批古代墓葬，得到的随葬器皿、织物、汉文文书等，数量非常可观，令他眼花缭乱。特别是从一个垃圾堆中找到了大批中国官方文书，记载了军事方面的情况和商业社会的繁荣景象。同时，他发现的汉文文书还都标明着年代，说明这些文件是三世纪中叶书写的。
最富戏剧性的一个细节是，斯坦因在楼兰古城捡到了斯文赫定于1901年丢失的一个金属卷尺。后来在伦敦英国皇家地理学会举行的宴会上，斯坦因还将从遥远楼兰古国遗址带回的这个卷尺，奉还了原主。
斯坦因之后，楼兰不断有重大发现，日本大谷光瑞探险队成员桔瑞超，1909年来到楼兰，获得了著名的“李柏文书”。李柏是五胡十六国时期，前凉政权派到楼兰的西域长史。这件文书是李柏于公元328年写给焉耆等国国王的信函，其中有两件很完整，是令斯坦因惊羡不已、求之不得的珍贵文书资料。
中国考古工作者后来也发现许多堆积于楼兰城内废墟的汉文木简，大部分是魏晋时期西域长史府属官和屯田将士所书写的文书档案残件。这些木简最早的写于公元252年，最晚的写于公元330年。说明魏晋时期，西域长史府仍在负责处理这一地区的行政、军事事务。其衙署设在楼兰城内，占据中心位置。说明西域长史府不仅是中央政权在塔里木河下游地区最高权力机构，而且也是魏晋两朝在西域的前哨阵地。
除了这些宝贵的汉文文书，楼兰出土的怯卢文木简数量也多得惊人。斯坦因就曾把这批怯卢文木简视为“一件惊人的大发现”。他写道：“我简直不敢想像，在遥远的东方能得到这么多古印度手写体和文字写成的记载。”于是，他也忽发奇想，居然认为地处中原与西域交通十字路口的楼兰，也“曾经作为古代印度王国的一个辽远的东方前哨。”
斯坦国以惊人的速度与其他国家的探险家同行比赛，紧接着他又进入了神秘的米兰。
米兰天使和古堡疑团
1906年12月下旬，斯坦因匆匆来到若羌县东北部约60公里的磨朗遗址（即古代伊循遗址、今称米兰遗址），很快就投入了考察、发掘工作。1907年新年伊始，斯坦因就兴奋地宣布发现了“从未报道过、完全出于意外的”精美壁画。
他后来记述道，他在去罗布泊边的米兰古城的路上，感到无比的神秘和荒凉，其神秘就在于它的与世隔绝，数个世纪以来从无人去打扰它的宁静。他一到米兰，就发掘出一批沙海占卷——
藏文文书，这些文书“是从守卫着玄奘和马可·波罗都走过的去沙州的路上的古戍堡里出土的”。前不久他中止了对米兰的挖掘而奔向楼兰，现在他又回来了。在这里18天的劳作没有白费，他遇到的喜事一个接着一个。他在给友人的信中说：“比藏文文书更让你高兴的是一打一打的漆皮鳞战甲的残片。”这还不算，他原来就一直认为城堡附近的一些佛塔和寺院建造的年代更早，有可能出现更大的奇迹。果然，他所希望的事被一个使他眼睛一亮的发现证实了，他从一座破坏严重的寺院里，找到了几个完好的深色垩粉雕塑头像，与热瓦克发现的一样或更好些。接着他在同一寺院中又挖掘出公元三世纪早期的贝叶书，他说这是他首次发现这种书写材料。这一口气挖出的一件又一件稀世珍宝，足以使斯坦因富甲天下了。然而，他作梦也没有想到，更大的幸运像天使般向他飞来。
这天，斯坦因沿着米兰古河道灌溉系统遗迹，跨过总干渠和一道道支渠、斗渠、毛渠，一边回首着伊循屯区当年的良田沃野一边走进一座很大的寺院遗址。他发现了那个著名的呈穹隆顶的佛塔，在佛塔环形过道的护壁上，那美丽的壁画意外地出现了。这是一些半身带翅人物画像，另外的佛塔也有类似的带翅人物画像，但多数破碎，最后斯坦因获得了七幅较完整的被他称为“有翼天使”的人物画像。当时他激动地写道：“这真是伟大的发现！世界上最早的安琪尔在这里找到了。她们大概在两千年前就飞到中国来了。”接着他又向自己发问：“在亚洲腹地中心荒凉寂寞的罗布泊岸上，我怎么能看到这种古典式的天使呢？”
在非常兴奋的情绪下，来不及使用工具，他仅“用光手”逐一清理和仔细观察，就立刻感觉到这些壁画的构图和色调最接近古典作风，完全睁开的大眼睛灵活的注视，小小微敛的唇部的表情，把他的心情引回到埃及托勒美和罗马时期木那依墓中的希腊少女以及青年美丽的头部上去。
斯坦因经过研究，在后来刊发这些“有翼天使”的出版物中说，从这些希腊式佛教造像形式上看，“磨朗护墙上这些画像必须追溯到希腊的神话，以有翼的爱罗神为其直接的祖先”。他认为这些“有翼天使”是古罗马艺术向东方传播的最远点。经过比较考证和带有f去卢文的题记证实，他确定佛寺废弃于公元三世纪末至四世纪初，斯坦因终于找到了渴望已久的与尼雅同时期的遗址和绘画作品。
七幅“有翼天使”，外表有一种“天国博爱的和谐力量，面部表现一种强烈的个性”。斯坦因分析了“有翼天使”的艺术形式和表现手法，明确指出具有希腊、罗马风格，与犍陀罗造型艺术如出一辙，呈现出“古典艺术的灵光”。
斯坦因兴致勃勃地继续留在米兰发掘，他很快找到了前文提到的那组欢乐的男女青年群像。“看得出是希腊罗马式的，这是一幅多么好的中国边疆佛教寺院里喜悦的现实生活的画面啊！”他还以调皮的语调描述了这组壁画：“这些漂亮的女郎从哪里得到的玫瑰花冠？这些青年哪来的酒和酒碗？这一切奇怪现象防佛是用魔法在卡尔顿周围创造出了沙漠及其滚滚沙丘，而这一伙迟到的饮宴者正在为之惊奇。”
这组青年男女欢悦饮宴图的上面，是一幅须大怯太子本生故事图。斯坦因发现的这幅壁画，也是前文提到的有怯卢文题记的白象图，白象上画家提塔（TitQ）的亲笔署名，仍然清晰可见。这幅画说的是叶波国太子将白象布施于人的故事。太子、白象和车辆、景物都是写实画法，人物肖像和衣饰褶纹的处理上，熟练地运用了光影变化，明暗对比等手法，无不显示出西画特色和犍陀罗艺术风貌。
斯坦因还发现了那幅著名的佛陀和六弟子图。当年色彩鲜艳、华丽完整的一幅壁画，现在只剩下一些残片，但从那佛陀和六个弟子大睁的、直视的眼睛和服饰局部中，仍能看到汉魏时代伊循城中佛教壁画华美堂皇、气韵生动的景象。
斯坦因在米兰遗址发现的“有翼天使”等壁画，在欧洲文化界和考古界引起了巨大反响，米兰从此再也不是一个陌生的名字。因为它印证了一段历史，反映了贵霜王朝将希腊、罗马文化带到罗布泊地区，与当地民族文化混合并存的特殊社会背景。
在以后的时期里，新疆的考古工作者又在米兰遗址发现了’
两幅并列的“有翼天使”，与斯坦因发现的“有翼天使”属同一类型。参照斯坦因对“有翼天使”的发现和分析，这两幅并列的带翅人物画像，仍然体现了希腊、罗马艺术风格，反映了犍陀罗造型作品的美学追求。这些描绘在佛寺壁画中的人物，虽然反映的是佛教内容，但其表现形式却与佛教绘画准则迥然不同，更贴近古罗马的审美情致。
中国一些著名学者对斯坦因的观点持反对态度，认为斯坦因站在西方中心论的立场，把米兰出土壁画与希腊、罗马艺术和传说故事拉址在一起，是对佛教不熟悉和抱有偏见所致。但也有不少中国学者从罗布泊地区特殊的历史背景以及米兰出土绘画与希腊、罗马绘画进行对比研究，并参照绘画时代背景怯卢文文书记载加以考证，认为斯坦因对米兰绘画的解释，是符合实际情况的。
见仁见智，不足为奇。
值得指出的是，斯坦因在新疆发掘文物方面，做了有损中国主权和伤害中国人民感情的事情，他的学术观点中也夹杂着一些荒谬的内容。这是一桩历史公案，永远也不会从史册上抹掉。
尽管如此，斯坦因的探险精神和追求科学真理的精神同样可贵。路途的遥远艰险，学术生命的大量消耗，这一切对于一个人来说不是轻而易举的选择，他付出的代价是巨大的。他热爱这样有魅力的旅行生活超过了个人家庭生活，他终生没有结婚，以82岁的高龄死在异国他乡的探险之路上。
“玛札塔格”维吾尔语意为“坟山”，因山上安葬着“圣战”中伊斯兰殉教者而得名。山头上屹立着汉代的古城堡、唐代的佛寺，唐代文献称此山为“神山”，《宋史·于阗志》则把它叫做“通圣山”。
玛札塔格坐落在和田河下游中段的西岸，拔地而起的红、白两个山头见证着和田河的涨落盈亏、荣盛干涸。每当洪水季节，这里的河汊特别发育，河中形成众多的岛屿与沙洲，因而就成了野生植物的天堂，飞禽走兽的乐园，塔克拉玛干大沙漠腹地的一条绿色走廊。
1903年1月，日本大谷光瑞探险队成员崛贤雄与渡边信哲在和田河考察，时而依河而行，时而进入沙漠，竟然茫无所知地与玛札塔格这一沙漠奇观交臂而过，没有发现这里的古堡、烽燧、佛寺。
斯坦因始终是幸运的，他从和田出发，跨过喀拉喀什河（墨玉河），沿着春季枯水的和田河湿漉漉的河床，径直来到玛札塔格山，来到丝绸之路上你来我往的军事要塞和旅人过客不可错过的生命驿站。
长方形的古堡顺山势而建，城门、城墙、嘹望台历经千年沧桑，仍在山头巍然屹立。城堡建置分内外三重，占地面积约一千多平方米。这些建筑就地取材，用棕色砂岩抹泥巴垒成，并在其中夹筑胡杨、红柳树枝，所以非常坚固。西墙有马面，可供巡逻瞭望；北边为缓坡，有墙两道防守；东墙开城门，直通山前的和田河；惟有南边是悬崖，凭险不筑墙。但断崖上有洞窟，洞中石板上刻有梵、汉文字。城堡两边的烽火台是最早的建筑，在第一重城堡范围内。这里可能是“塞上亭守烽者”的亭，作为最初报警人员守望烽火台的亭——住宿之所。《史记》载日：“烽见敌则举，燧有难则焚，烽主昼，燧主夜。”后来随着需要不断拓展，增建了第二重和第三重城堡，从而具备了报警和卫戍的双重作用。
据考证，戍堡和烽火台建筑的时间不晚于东汉，废弃时间不早于晚唐五代，可能在两宋之间。因于阗李氏王朝的统治延续至宋，其王李圣天自称唐之宗属，宋太祖册封李圣天为于阗大宝国王，李氏家族虔奉佛教，戍堡佛寺会受到保护。由此可以推断戍堡佛寺建筑可能毁于伊斯兰教与佛教的宗教战争中。“玛札塔格”——“坟山”上的坟墓，是一个重要佐证。据说于阗佛教徒玛江汗，在“圣战”危重时给伊斯兰教军队暗送情报，被自己人处死。伊斯兰势力占据于阗后，为了纪念玛江汗，将其尸体葬于红山之巅，建栅栏、树墓标供人凭吊。
红山对面的白山头上，有佛寺遗址，被沙丘掩埋，仅可见墙迹。
斯坦因在1908年4月和1913年11月两次到达玛札塔格，考察发掘了古堡遗址。他雇了一些当地民工，获得的文物有木弓箭、木笔、木梳、木钥匙、木锁、木栓、木纺棍等；毛制品有红紫黄棕各色羊毛衣物和鞋袜，染色毡片、羊毛线团等；还有陶器、铁片、铜扣、铜戒指、皮革制品、鱼网、草鞋、毡靴等。
