经过商量，决定采用吴金鼎提出的建议，借用村民的水桶将探坑中的水排出，晾干，尽快重新发掘。
梁思永、吴金鼎亲自上阵，在齐腰的水中与民工一起排水，保证了发掘工期按时完成。
此次挖掘，除去星期日休息，实际工作二十天，单日最多用工四十八名，开挖探坑四十五个，总面积达到一千五百多平方米，发掘古物共装六十箱，由龙山运至济南山东古迹研究会保存。
从出土文物看，陶器多为手制，但轮制已经出现，这些陶器技艺精湛、造型独特，遗憾的是制作工艺已经失传。
由出土的卜骨、筑版与夯土分析，梁思永断定城子崖文化与殷商文化为直接的传承关系，同时又反衬对殷墟建筑遗址的重新认识。
城子崖遗址发掘首次发现以磨光黑陶为显著特征的新石器时代遗存，最初被称为“黑陶文化”，后经梁思永提出统称为“龙山文化”。
梁思永对于城子崖遗址发掘最大的贡献，在于他通过安阳殷墟后冈遗址的发掘，出土了与城子崖遗址下层文化相同的黑陶期遗物，从而进行比照研究。参照殷墟后冈遗址文化堆积不同土质、土色、包含物来划分文化层，成功区别出不同时代的古文化堆积。
考古历史上的一个重大的发现已经是呼之欲出了。
一九三一年十月底，梁思永刚刚完成城子崖遗址的第二次发掘，又马不停蹄的参加了这一年十一月七日开始的殷墟第五次发掘。
在这次发掘中，梁思永仍主持后冈的发掘，也是后冈的第二次发掘，参加者主要有刘燿等。
发掘点仍在冈顶附近，开坑二十个，面积约三百八十五平方米。遗迹发现龙山期白灰面和夯土围墙，以及小屯、龙山、仰韶三层文化的清晰堆积，即三叠层堆积。
出土遗物主要是陶片，仰韶期有红陶彩陶钵、圈口瓶和灰陶高脚鼎等，龙山期有绳纹灰陶或光面黑陶尖鬲足、甗及鬼脸式足鼎等，小屯期有绳纹灰陶肥鬲足、刻纹白陶及卜骨等。
这次发掘最大的贡献是梁思永在后冈发现了后冈三叠层。
后冈三叠层的意思是，在考古学地层上，最上面是殷墟、中间是龙山，最下面是仰韶。从地层上证明了中国的历史由史前到历史时期是一脉相承的。
严格说来，后冈地层之准确认识是在第二次发掘过程中才得到的。梁思永此时刚从城子崖发掘归来，对龙山遗物的具体形象非常熟悉。梁氏在发掘小记中对地层与文化层有详细描述，其科学之操作技术于今毫不逊色：“后冈地面下的土层，发现各种深浅的灰、黄、绿、黑、褐等颜色纵横交，似乎情形复杂，但在第二次发掘停工之前，我们已将这些各色的土层分别的归并为三大层。这三层在地面下的关系是：第一层在第二层之上，第二层在第三层之上。在全冈上还没有发现过第一二三3层重迭的情形，也没有发现第一层直接堆积在第三层上的情形。第一层与第二层之间，黄土绿土混杂，没有清楚的界线；第二层与第三层之间，有硬褐色土一层（山东龙山镇土人呼为鸡矢拌土），界线分明，一目了然。”
根据上述描述可知，后冈遗址的文化层堆积既非只有三层，亦非是整合的序列，而是各层单一或其中的两层或更多层互叠散布于四处。梁思永田野考古技术的重要意义，在于动态而全方位地观察整个冈地文化层（包括遗迹如白灰面）的纵横布局。地层归并后的三叠层，也不是1—2—3三层依次叠压，而是1—2、2—3的情形。
梁思永不仅搞清楚了其全部顺序，更重要的是，还搞清了每一层的平面分布范围，以及厚度变化，由此建构了整个冈地文化层堆积的三维立体图形，然后再纳入每一层的出土遗物特征，又全方位了解遗物的分布情景。
“后冈三叠层”发现之前，学者们对西部彩陶文化、东部黑陶文化以及中部灰陶文化三者的早晚关系众说纷纭，而早晚的年代学问题恰恰是深入研究的基础。梁思永采用正确的发掘方法，解决了这个学术难题，这成为了解中国史前文化与历史文化之间关系的一把钥匙，有力地驳斥了当时一些西方学者提出的“中国文化西来说”。