作为新疆吐鲁番地区开凿年代最早、规模最大的佛教石窟群，也是古丝绸之路沿线一处重要的佛教地点，联系新疆南部与中国内地佛教遗迹的重要纽带的吐峪沟石窟寺，其第二期考古发掘工作于2013年5月2日结束，发掘出土大量壁画残片，并清理出中心回廊柱等洞窟遗址。
吐鲁番研究院考古研究所副所长王龙表示，是次第二期考古发掘从今年4月初开始，为第一期考古工作的延续，发掘面积为500平方米，发掘区域主要集中在吐峪沟沟口的地面佛寺，以及吐峪沟石窟寺西岸石窟群北部。
2010年—2011年，吐峪沟石窟寺遗址实施了首期保护性考古发掘工作，发掘出土了数量众多的纸质文书等文物。
据悉，是次发掘从吐峪沟石窟寺第12窟开始向北清理，发现大量壁画残片，清理出中心回廊柱和一座圆形塔，以及大量僧房窟、禅窟等。此外，是次挖掘，主要解决了吐峪沟石窟寺西岸洞窟的形态布局，并对原本认定错的洞窟进行修正。
据王龙介绍，吐峪沟石窟寺的发掘为人们系统了解和复原吐鲁番地区古代寺院的形制布局提供了全新的材料。以前有学者认为佛教石窟是一种孤立的建筑存在，通过此次发掘，发现石窟只是当时所建寺院的一个组成部分，只是后来寺院被毁，只剩下洞窟。
王龙称，考古学家还将对出土的壁画残片进行修复。此外，从本次发掘从出土壁画残片和现有发现的壁画来看，反映出多种文化对古代高昌石窟艺术的影响。
考古学者认为，本次发掘对重新认识吐鲁番地区的历史、文化以及各民族、各宗教和谐共存的社会背景等，具有十分重要的历史价值和重大的现实意义。
吐鲁番是古丝绸之路上的重镇，已发现文化遗址200余处，出土了从史前到近代的4万多件文物，从目前出土的文物来看，吐鲁番至少使用过18种以上的古文字、25种语言，大量文物和史实说明，吐鲁番是世界上影响深远的中国文化、印度文化、希腊文化、伊斯兰文化四大体系的交汇点。
