20世纪50年代开始，考古工作者又恢复了在三星堆的考古工作。当时还没有认识到三星堆遗址的巨大规模，所以将三星堆遗址北部的月亮湾地点和南部的三星堆地点各自当作一个遗址，分别命名为“横梁子遗址”和“三星堆遗址”。

1963年，由冯汉骥领队，四川省博物馆、四川大学历史系组成的联合考古队再次发掘了三星堆遗址的月亮湾等地点，展现了三星堆遗址和文化的基本面貌。当时，冯汉骥教授曾认识到，三星堆“一带遗址如此密集，很可能就是古代蜀国的一个中心都邑”。

20世纪八九十年代以后，三星堆遗址迎来了大规模连续发掘时期，前后长达20年。1980～1981年的发掘，清理出成片的新石器时代的房址遗迹，出土标本上万件，还发现了具有分期意义的地层迭压关系。这次发掘的发掘报告《广汉三星堆遗址》中指出，三星堆是“一种在四川地区分布较广的、具有鲜明特征的，有别于其它任何考古学文化的一种古文化”，已经具备了夏鼐提出的命名考古学文化的三个条件，建议命名为“三星堆文化”。

1982年和1984年，考古工作者分别在三星堆地点西南和西泉坎地点进行了两次发掘，发现三星堆遗址最晚期的遗存。1986年出土了大量遗物和复杂的地层迭压关系，根据这年的发掘材料，一些考古研究者开始了三星堆遗址分期的尝试。也正是在1986年，两处埋藏有丰宝藏的长方形器物坑被意外揭露出来，其包含的大量金属器的出土，引起了海内外学术界对位于中国西南的古蜀文明的重视。在三星堆遗址大规模发掘的同时，1985～1987年对成都市区的十二桥遗址进行了发掘，该遗址最下层的文化面貌与三星堆遗址最晚期遗存相同，为三星堆文化的去向等问题提供了重要材料。

1990年开始，对三星堆文化和文明的探索从成都平原延伸到了渝东地区和陕南地区。由于早于三星堆文化的四川盆地新石器时代文化面貌的初步揭示，并且有多处龙山时代的古城遗址和若干处具有新石器时代文化向三星堆文化过渡阶段遗存的发现，为三星堆文明研究的深入进行提供了更广阔的前景。

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