真正叩开泥河湾古人类活动大门的是中国的旧石器考古学家们。
1948年，第十八届国际地质会议中，我国著名学者杨钟健正式向会议提出泥河湾，并将泥河湾列为上新统最上部。1954年，科学家们正式把相当于欧洲维拉弗朗期的泥河湾层改为早更新世。于是泥河湾成了中国乃至世界进行第四纪地层对比的标准剖面。
随着时间的推移，考古学家们愈加坚信，在泥河湾地层发现早期人类遗迹只是时间问题。
1965年，考古学家发现了旧石器时代晚期虎头梁遗址群，1974年找到了旧石器时代中期许家窑、侯家窑遗址，1978年发现了旧石器时代早期、属早更新世的小长梁遗址。这样，就搭建起泥河湾旧石器时代早、中、晚期文化的基本框架。
虎头梁遗址群的面世揭开了泥河湾古人类活动序幕，侯家窑遗址的发现初步建立起泥河湾与中国猿人文化的内在联系，小长梁遗址的发掘研究可以看作泥河湾旧石器考古发展史上的里程碑。小长梁遗址是早更新世时期生活在泥河湾湖滨人类活动的第一批考古证据，自发现之日起，就受到学术界的关注，对中国早更新世的旧石器考古调查和研究起到了积极的推动作用。
1990－1992年，泥河湾中美旧石器考古合作研究项目的实施，揭开了泥河湾旧石器考古研究新的一页。两名世界顶尖旧石器考古学家，中国的贾兰坡和美国的柯德曼，带领中美学者在东谷坨遗址进行了科学发掘。这次合作使中国与世界旧石器考古研究理论与方法接轨，为外国学者了解中国，中国学者了解世界创造了良好机遇，有助于外国学术界认识泥河湾、宣传泥河湾。
1992年马圈沟遗址的发现，大大突破了泥河湾古人类活动的下限，将泥河湾的历史推前到150万年前。
这真是一个发现的时代！
虎头梁遗址群
1972年，中国科学院古脊椎动物与古人类研究所的盖培和卫奇两位专家，在桑干河中游地段发现虎头梁遗址，在这里，发掘出以楔形石核和尖状器为主的大量石器，还发掘出了古人类使用过的灶坑，以及散落在周围的大量木炭粒、烧骨和烧过的鸵鸟蛋皮等。随后考古学者们又在于家沟出土了1万年以前的夹砂黄褐色陶片和哺乳动物化石，对研究旧石器时代向新石器时代的过渡、以及农业起源、制陶起源等具有重要意义。虎头梁遗址成了北太平洋地区马蹄形文化在华北的代表，填补了华北旧石器时代文化系列中的一个空白。
许家窑、侯家窑遗址
1974年，贾兰坡先生和他的学生卫奇在泥河湾盆地北部的许家窑村和山西阳高县侯家窑村进行考古挖掘时，发现了大量的石制品，铀系法测定遗址的年代为距今10.4-12.5万年。
在多达两万余件的石制品中，包括大量的各种类型的石核和石片，数以千计的大大小小的石球更是该遗址的代表性器物。石球最大的重1500千克以上，最小的不足100千克，直径50毫米以下。有的石球制作滚圆，有的仅是半成品，它们清楚地显示出石球制作的全过程。研究者推测，这些石球可能是投掷器——“飞石索”。
人的化石是该遗址的另一项重要发现，其中人类化石材料18件，有一例头骨的顶骨后部有一个直径9.5毫米的孔，孔缘已愈合，推测愈合时间超过两个星期。这可能是到目前为止发现最早的外科环钻手术。
此外还发现了大量不完整的动物化石，其中，40000颗马属牙齿至少代表了130匹野马和90头野驴，它们应当是“许家窑人”的猎食对象，所以，有的学者也将他们称为“猎马人”。
许家窑文化和许家窑遗址的发现与研究，毫无疑问地被载入泥河湾盆地旧石器考古研究的史册。它的意义不仅在于找到了一处旧石器时代中期的文化遗存，发现了至今为数不多的晚期智人化石，更重要的是它证实了泥河湾的确包含着上更新统的地层。同时，在文化渊源探索中，它将早期中国猿人文化和晚期的峙峪文化连接起来，充当了过渡的桥梁。
小长梁遗址
小长梁遗址的发现与研究，可以看成泥河湾旧石器考古发展史上的里程碑。
1972年，中国科学院古脊椎动物与古人类研究所的研究人员在泥河湾之西700米的下沙嘴“泥河湾组”的粗砂层内找到一件具有清晰的人工打击痕迹的石器。与其伴生的动物化石有一件相当完整的纳玛象化石(更新世晚期的象类化石)。此后，又进行核对性发掘，在不远的同一层位中找到数件小型长薄石片和若干曾经人工打击但尚未成型的石器，伴生的动物化石有披毛犀、马、驼鸟、鼠、兔等。这些发现，引发人们猜测，在华北地区寻找比北京猿人更早的人类活动遗迹，并非出于空想。
1978年8月21日，古脊椎动物与古人类研究所第四纪组的研究人员尤玉柱、汤英俊、李毅等又进入泥河湾盆地考察，于阳原县官村附近的小长梁找到一处内涵极为丰富的旧石器时代遗址，位于“泥河湾组”下部的地层中，称之为小长梁遗址。
在这里，他们共发现了2000余件石器，若干打击过的骨片，或留有刻划痕迹的骨片以及吃剩丢弃下来的三趾马、马、羚羊、牛、鹿、犀、虎、象的残骨和牙齿。从考古学角度鉴定，石器与动物群的时代是一致的，也与泥河湾组地层的时代相同，确实比北京猿人的时代要早得多。
小长梁遗址是更新世期生活在泥河湾湖滨岸人类活动的第一批考古证据。通过对上千个泥土样品反复测定，确定年代距今136万年，当时的英国《自然》周刊、美国《科学》杂志都发表了研究报告和评论。
小长梁遗址的发现，意味着在泥河湾地区寻找古人类的努力终于获得了重大突破，它不仅证实了泥河湾盆地一带曾经生活过早期人类的推测，也让步日耶在半个世纪前留下的历史遗案有了结论。小长梁遗址是泥河湾遗址群中最负盛名的遗址之一。
泥河湾是世界上旧石器文化序列最为完整的地区。在这里，有距今200万年的马圈沟遗址、136万年的小长梁遗址、110万年的东谷坨、飞梁遗址、78万年的马梁遗址、10多万年的摩天岭遗址、10万年的侯家窑遗址、7万年的板井子遗址、3－4万年的新庙庄遗址、1万多年的西白马营遗址，都属于中国北方小石器文化传统。它们构成的考古文化序列，勾画出泥河湾旧石器文化发展的脉络。这一文化序列突出的特性是，所有旧石器文化遗存都表现出了强烈的继承性和发展性，反映出一部一脉相承的厚重历史和文化品格，具有极强的文化连续性。这一特性极其鲜明，在国内外可能是孤例。直至旧石器时代晚期，约距今2万年前后，才出现了以油房、二道梁遗址和籍箕滩、虎头梁遗址群为代表的细石器工艺技术，从而取代了小石器工业。
