В Хами немцы узнали от купца-туркмена об открытии за пять лет до этого крупной библиотеки древних книг и рукописей в оазисе Дуньхуан в 200 милях к югу через Гоби. Правда, им пришлось отказаться от поездки туда, так как у них была назначена встреча в Кашгаре с ехавшим из Германии Грюнведелем. Втроём немцы в декабре 1905 г. направились к комплексу скальных храмов в Кызыле в горах Тянь-Шаня, где обнаружили фресковое изображение легенды о Будде. В конце концов фон Лe Кок заболел дизентерией и в 1907 г. с приключениями вернулся через Ладакх и Индию в Европу. Добыча третьей немецкой экспедиции составила 128 ящиков артефактов.
Между тем в Китайский Туркестан вновь выехал Стайн, а также французский археолог Поль Пелльо. Стайн на этот раз приехал из Индии через «Памирский узел» — место, где смыкаются Памир, Каракорум и Гиндукуш в Восточном Афганистане. Его поездку финансировали Британский музей и правительство Индии. Стайн опасался, что Пелльо первым достигнет его главной цели — Лоуланя, поэтому спешил. Лоулань, где имелась разрушенная ступа, был самым отдалённым из всех мест развалин в пустыне. Среди находок Стайна по соседству, в Миране, были великолепные буддийские фрески, включая крылатых ангелов, и ему почудилось, что он находится не в сердце Внутренней Азии, а где-нибудь в Сирии или другой восточной провинции Римской империи. В феврале 1907 г. Стайн направился на северо-восток по замёрзшей пустыне Лоб в Дуньхуан.
Пещеры тысячи будд в Дуньхуане — одно из наименее известных чудес Китая. Это 469 древних храмов, вырубленных в скале рядами подобно сотам и содержащих великолепные фрески и скульптуры. Место веками славилось по всему буддийскому миру как религиозный центр. Сам городок Дуньхуан служил воротами Китая на Запад, последней стоянкой отправлявшихся по Шёлковому пути караванов, местом, где сходились его северная и южная ветви. Скальные храмы Дуньхуана берут начало в 366 г., когда по легенде монаху Лоцзуню явилась тысяча будд в облаке. Он убедил богатого паломника дать средства на роспись небольшой пещеры фресками. Его примеру последовали другие. Дуньхуан называют одним из богатейших музеев в мире, великой галереей искусства в пустыне. В 1879 г. его посетил Пржевальский, а позднее (случайно) венгерская геологическая экспедиция.
Стайн приехал в Дуньхуан в марте 1907 г., не предполагая, что он станет местом его величайшего открытия. Тут он услышал от торговца из Урумчи, что несколько лет назад даосский жрец Ван Юаньли, назначивший себя смотрителем пещер, наткнулся на замурованный в одной из них огромный склад древних рукописей. Стайн встретился с Ваном, и началось то, что в Европе приветствовали как его величайший триумф, а китайцы осуждали как позорный обман, если не сказать грабёж. Сыграв на гордости Вана за подопечный ему музей и на почитании им Сюань Цзана, Стайн заявил, что тоже прошёл более 10 тыс. ли' по горам и пустыням в поисках буддийских руин. Благочестивый монах показал археологу небольшую комнату, заваленную свитками рукописей общим объёмом около 500 кубических футов. Их открытие европейцем стоит в одном ряду с открытием гробницы Тутанхамона и развалин шумерского города Ура. С позволения Вана и в обмен на богатое пожертвование храму (130 ф. ст.) Стайн увёз из Дуньхуана несколько сот пачек рукописей. Ван понимал, что в Дуньхуане древние буддийские литература и искусство рано или поздно погибнут от безразличия властей.
Вернувшись из второй экспедиции, Стайн снискал немало почестей в европейских странах и написал двухтомный отчёт «Развалины пустынного Катая». Самое знаменитое произведение, вывезенное Стайном из комнаты со свитками, — Алмазная сутра, наиболее ранняя из известных печатных книг, датируется 11 мая 868 г. Подавляющее большинство рукописей из тайника Вана были на китайском — 7 тыс. полных манускриптов и 6 тыс. отрывков. Их каталог составили лишь через полвека. Совершивший этот подвиг доктор Лайонел Джайлз подсчитал, что ему пришлось проделать путь в 10–20 миль убористого текста.
На пятки Стайну наступал француз Пелльо. Он приехал в Китайский Туркестан в августе 1906 г., когда британцы, шведы, немцы и японцы (не говоря о русских) уже побывали здесь хотя бы по разу. Опоздание французов, возможно, объясняет открытие ими незадолго до этого некогда богатой цивилизации в джунглях Индокитая, включая величественные руины Ангкора, которая и занимала их востоковедов. Теперь был учреждён комитет во главе с востоковедом Эмилем Сенаром, который решил отправить в Китайский Туркестан экспедицию из трёх человек под началом блестящего молодого китаиста Поля Пелльо. Он отличался великолепной памятью, знал 13 языков и был кавалером ордена Почётного легиона.
Французы проехали через Москву и Ташкент в Кашгар. Первым местом, представлявшим для них интерес, был Тумчук — город вокруг буддийского монастыря, который процветал по меньшей мере до 800 г. Французы вели раскопки в Куче, затем посетили Пещеры тысячи будд в Дуньхуане и даже убедили Вана показать библиотеку. Пелльо три недели перебирал пыльные свитки и тайно купил у Вана две пачки рукописей (примерно за 90 ф. ст.).
В Париж Пелльо в 1909 г., где его встретили как героя, хотя коллеги-недоброжелатели утверждали, будто всё ценное уже выбрал Стайн, поэтому привезённые Пелльо рукописи — поддельные. Доставленные экспедицией картины, скульптуры, ткани были выставлены в Лувре. Во время Первой мировой войны Пелльо работал французским военным атташе в Пекине и положил глаз на ещё несколько древних развалин. Однако когда у него появились деньги на раскопки, было уже поздно — китайцы захлопнули дверь перед западными археологами.