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在公王岭确实有许多“龙骨”，经过进一步的考察，队员们发现，公王岭的地层相当完整，在俯视河谷的断面上，可以看见三个互相叠压的地层，在黄土层中有厚约30米的砾石层，上面覆盖着厚约30米的“红色土”，红色土的下部夹有两层埋藏土，这些土层年代久远，地层一层叠一层，几乎每层都有能够鉴定地质年代的各种各样的古动物化石，由于许多地段层暴露出地面1300米高，这就为队员们提供了难得的考察场所。
但考古发掘工作进行得并不顺利，许多化石都被包裹在坚硬的钙质结核里，这种化石很软，但是围岩却十分坚硬，给发掘和修理工作带了不少困难，由于经验不足，很多化石都没有完好取出。当贾兰坡知道了这些情况后，就把发掘技术十分娴熟的技工武英调来公王岭，武英也不负重望，就是他首先发现了蓝田猿人的遗迹。
5月22日，武英从一块坚硬的钙质结核中发现一颗牙齿，它当时只露出一半，后来在发掘时又裂开了，另一半还包裹在结核里，一时无法确定它是人类的还是普通灵长类动物的牙齿。那几天武英牙病发作，但当晚他强忍着疼痛，在灯下一点点地剔除那半颗牙齿牙面上的胶结物。当两个清理好的半颗牙齿合到一起时，一颗完整的人牙出现在人们面前。发掘工作的这一重大突破让队员们兴奋异常，一个月来的疲劳、辛苦顿时消失得无影无踪。
第二天，武英冒雨赶赴县城向大队部汇报，见到贾兰坡后，武英从怀里掏出一个纸包。这个纸包不大，但包装纸竟用了十多层，贾兰坡是一位和化石打了几十年交道的老科学家，武英递上的这个特殊对待的纸包令他意识到里面的内容绝非寻常，随着包装纸被一层又一层地打开，他的两只手禁不住颤抖了起来。最后一层终于打开了，贾兰坡一看，激动得一下子大声叫了起来：“人牙！”大队部其他同志立即围拢过来，共同庆祝这一重大发现。当夜，贾老拿出他珍藏的关中佳酿西凤酒犒赏大家。
有了这个发现，考察队员们的工作热情一下子高涨起来。为了精心寻找，队员们把在公王岭发掘出的40多个大大小小的化石堆积物套箱，运回北京。发现人牙下方的那块重约800多公斤的套箱受到特别关注，由青年技工李功卓在柴凤岐师傅指导下运回。陆续剥离出来的化石有剑齿虎、熊、三门马、貘、大角鹿和丽牛等，就是不见人们渴望的人类化石。10月9日，从剩下洗脸盆大小的堆积物里修出一颗人牙，这是一个好兆头，李功卓再接再厉，沉着细致继续剥离，10月12日上午，轰动世界的蓝田直立人头骨终于亮相了。
1964年11月3日，中国科学院宣布，中国科学院古脊椎动物与古人类研究所的科技人员在陕西省蓝田县发现一个猿人头盖骨化石，死者为女性，年龄约30岁。头盖骨枕部宽阔而圆钝，轮廓是楔形，头骨壁板厚，前额低而宽平，眉脊粗壮，眼眶略呈方形，鼻子短而扁，颌部前伸，牙齿粗大，齿冠粗短，吻部向前突出，表现出较为原始的形态。颅内耳高7l毫米，脑量仅有789毫升，低于北京猿人的平均脑量（1000毫升），更低于现代人的脑容量（1400毫升），是比北京猿人还古老的猿人化石，与印尼爪哇人相当。
爪哇猿人是荷兰人类学家于1891年在印度尼西亚中部州特里尼尔地方发现的，被公认为是世界上最早发现的猿人化石。地质年代属更新世中期。所发现的化石有头盖骨一具、臼齿二枚、左侧股骨一根。形态特征是：颅骨低平，最宽处接近颅底；额骨倾斜，眉脊呈屋檐状；脑容量约900毫升。我国的蓝田猿人脑容量甚至要低于印尼爪哇人，蓝田猿人是我国发现的第二个猿人头盖骨，也是世界上仅有的几个之一。目前，世界上发现猿人头盖骨的仅有中国、印度尼西亚、阿尔及利亚和坦桑尼亚等少数几个国家，而中国发现的头盖骨化石就有蓝田人、北京人等几处。
我国第一个猿人头盖骨是1929年在北京周口店发现的，但在第二次世界大战中下落不明。因此，1964年发现的蓝田猿人头盖骨弥足珍贵。猿人化石由于发现于蓝田县，属于亚州人种，按照国际科学记名惯例，定为直立人蓝田亚种，通常称为蓝田猿人或蓝田人。迄今为止，公王岭蓝田直立人仍保持着亚洲北部年代最早的人类化石的纪录。
除蓝田猿人头骨化石外，蓝田猿人遗址主要出土的都是一些粗石器，1964年后，对蓝田猿人遗址再也没有进行过二次发掘。
2001年3月，蓝田猿人遗址文管所在建造第四纪地层蓝田猿人头骨化石出土剖面保护厅时，发现了4件旧石器。这4件石器又把古人类生活的年代提早了10多万年。
这批旧石器距蓝田猿人化石发现地约11米，其中3件系用乳白色石英岩砾石打制而成。乳白色石英岩质地坚硬，但石质硬脆，器形并不十分标准，与元谋人使用的石英岩石器非常近似。在打制方法上，较蓝田猿人打制和使用的旧石器更为粗糙。
经过专家研究鉴定，这批旧石器的出土地层，在第四纪早更新世的顶部，所以这些石器的地质年代应该在132。7万年以上，同时也不排除其地质年代更老一些的可能性，由此专家推断：如果这批旧石器是蓝田人使用过的，说明蓝田人的生存年代距今已有132。7万年以上历史；反之则表明在蓝田人生活之前，这里已有过古人类活动。
蓝田猿人的发现，增加了对古人类地理分布范围的认识，丰富了人类发展物质文化的记录，填补了人类进化过程中的重要环节。从某种意义上讲，也为这里远古流传的女娲炼石补天抟土造人神话增添了一段科学补注。
蓝田猿人文化遗址的出土文物
蓝田猿人遗址主要出土的文物就是古人类及伴生的动物化，制作粗糙的旧石器等。
陈家窝出土的下颌骨化石属于一位老年女性个体，比较完整，其特征是具有多的颏孔，有明显的联合部突起和联合棘。
公王岭的猿人头骨由比较完整的头盖骨、大部分上颌骨和附在它上面的第二、第三臼齿，以及一些零星碎块组成。经过研究，为30岁左右的女性，头骨壁极厚，额部明显后斜，前额低平，没有额窦，眶上圆孔硕大粗壮，在眼眶上方几乎形成一条横行的眉峭。圆枕两侧向外延展，向后明显缩窄。头骨高度较小，脑容量为778毫升。
复原后的蓝田猿人头骨倾斜并有明显的颏三角，从整体看比北京人和陈家窝出土的下颌骨化石都要原始，尽管如此，由于他们的主要特征所显示的阶段性相似，故可定为同一类型。
蓝田人遗址出土文物主要为旧石器，共发现200多件，石器种类有大尖状器、大型多边砍斫器、中小型多边砍斫器和单边砍斫器，还有刮削器和石球等。
大尖状器，断面呈三角形，也称三棱尖状器。这种石器用于挖掘和撕裂，在以后的黄河流域旧石器文化晚期遗址中屡有出土，而在这些旧石器中，最引人注目的要算蓝田猿人的手斧了，因为在蓝田手斧出土以前，考古学家把这种石器视为欧洲旧石器早期文化的特色，手斧在亚洲东部的出现使得学术界感到困惑。它们究竟是远古文化交流的结果呢，还是蓝田猿人的独立发明，至今仍是个不解之谜。
出土的石器中比较有特色的是用脉石英打制的盘状器，这种盘状器很可能用于割裂和刮削，它中心凸起，周围成刃，直径约10厘米，有明显长期使用的痕迹。这种盘状器在黄河流域旧石器晚期遗址中也有发现。
遗址中出土的石球则是狩猎工具，不过，我们不清楚它的使用方式。除上述几种外，还有砍砸器、刮削器等与北京猿人相似的工具，但器形大得多，更显得粗笨。
蓝田猿人制造石器采用的材料，多为脉石英、石英岩、砾石，石器加工技术粗糙，有单面加工和交互加工者。器形多不规整，对原料的利用率也较低，制造石器的技术较差，他们只会用锤击方式制造工具，器物以单面加工为主，对较大的石块进行撞击后，再经过第二步加工的较少，制作得相当粗糙，器形尚不规整，石器类型不多，往往一物多用，这些表明当时的石器制作技术仍具有一定的原始性。
蓝田遗址出土的动物化石总量多达1200多件，专家经过研究认为，与蓝田人伴生的动物群有41种，有三门马、大熊猫、鼢鼠、李氏野猪、葛氏斑鹿