梁思永于1930年夏季在哈佛大学获硕士学位后归国，此时梁启超去世一年余，清华研究院也已解体一年，梁思永举目四望，物是人非，恍如隔世，其伤感悲痛之情无以言表。正在北平的李济感念梁氏家族与自己的交谊，主动把梁思永介绍给傅斯年。从此，梁思永正式加入了中央研究院历史语言研究所考古组行列，开始了后半生的考古学术历程。

    梁思永入所不久，著名地质学家丁文江从来华考察的法国传教士、古生物学家德日进神父处得到线索，说中国东北中东铁路一线，有人发现黑龙江昂昂溪附近有个新石器时代遗址。这个线索传到蔡元培与傅斯年耳中，蔡、傅二人立即意识到该遗址在历史和现实政治中的重要意义，遂产生了派人前往调查的愿望。当时傅斯年正酝酿组织力量撰写《东北史纲》，其理由正如傅氏所言：“中国之有东北问题数十年矣。欧战以前，日俄角逐，而我为鱼肉。俄国革命以后，在北京成立《中俄协定》，俄事变一面目，而日人之侵暴愈张……日本人近以‘满蒙在历史上非支那领土’一种妄说鼓吹当世。此等‘指鹿为马’之言，本不值一辩，然日人竟以此为其向东北侵略之一理由，则亦不得不辩。”

    正在这个节骨眼上，见梁思永学成归国，蔡元培与傅斯年站在国家、民族立场上，立即决定抢在日本人全面发动侵华战争之前，派梁氏前去实地调查、发掘，以地下出土历史实物来书写历史，借此塞住日本人邪妄的嘴巴，消解其为进攻占领中国而疯狂叫嚣的“满蒙非支那领土”的谎言。

    这年9月19日，梁思永打点行装离平向东北进发，顶着正在黑龙江地区流行的鼠疫，冒着时断时续的战火，于28日与助手从容来到偏僻荒凉的昂昂溪五福遗址开始调查、发掘。此时该地天气已特别寒冷，梁思永到达昂昂溪，巡视第一、二、三、四沙冈，很快发现了古代遗址并与助手携带发掘工具进行田野考古发掘。因地势偏僻，每次往返于乡村驻地与遗址之间，都必须脱掉鞋袜，裤脚卷到大腿根部，光脚趟着冰凉的积水而过。继9月30日在第三沙冈发掘一座墓葬后，又在各沙冈开探坑，寻找遗址和墓葬线索，相继在五福遗址水淀里亲自发掘了四处沙冈与一座墓穴，发现了300多件石、骨、陶器。10月3日，因突降大雪，天寒地冻无法开工，发掘工作只好暂停。

    梁思永将发掘器物作了初步研究，交与当地政府部分保存，取道热河回北平，以便沿途考察其他地方的史前遗址。10月21日，梁氏由通辽出发，经过开鲁、天山、林东、林西、经棚、赤峰、围场，抵达热河，历时38天，跋涉上千里。其中在天山发现查不干庙遗址，在林西发现林西、双井与陈家营子等遗址。在赤峰城东北发现赤峰遗址。梁思永于塞外5处新石器时代遗址采集了大量陶片、石器等文物标本，以一个考古学家的眼光，对沿途地理环境作了考察，于11月27日回到北平。

    经过对热河与东北三省发掘材料对比研究，梁思永根据共同出土打制石器及印文陶（至少在热河）的特点，把西辽河以北之热河，同松花江以北之东三省划为一区；辽河流域（广义的）为一区（其特点是盛出磨制石器），进行了条理清晰的文化区系划分。随着对黑、热二地史前文化材料鉴别、比较和认识，初步得出了“昂昂溪的新石器文化不过是蒙古热河的新石器文化的东支而已”的结论。

    一年之后，即1932年10月，梁思永在《历史语言研究所集刊》第四本第一分册，发表了长达44页近7万字，外加插图、写生达36版的大型考古发掘报告《昂昂溪史前遗址》。从此，松嫩平原嫩江中下游沿岸广泛分布的以细小压琢石器为主的原始文化类型，被称作“昂昂溪文化”，并在中国和世界古代史上占有重要地位。梁思永此次科学考古发掘和研究报告的问世，为嫩江流域古代文化