En enero de 1907 empezó a excavar las ruinas de Miran. En febrero prosiguió su viaje hacia las grutas
de Dunhuang. En el extremo final del Suloho descrubió algunas partes de un antiguo muro que llamó limes
(frontera defensiva). En el curso de dos meses topografió una extensión de cerca de 220 kilómetros y encontró la llamada
Yumenguan (Puerta de Jade). El muro fue construido en el período Han para impedir que los hunos del norte pudieran entrar.
En mayo, Stein iniciaba su nuevo recorrido: a las Cuevas de los Mil Budas, donde Wang Yuanlu había descubierto en 1900 uno de
los archivos de papel más importantes del mundo. En una cueva sellada, miles de manuscritos fechados entre los siglos V y XI,
y pinturas en seda, principalmente del período Tang, estaban guardadas en excelente estado de conservación. El descubrimiento dio
un nuevo impulso a los estudios relativos a la China y Asia central medievales (mira la página de nuestra exhibición de Dunhuang).

En junio, Stein viajó al oasis de Anxi. Posteriormente empezó el trabajo cartográfico en Nanshan, seguido de una segunda temporada
inviernal de excavaciones en la llanura de Tarim. Cubriendo la distancia de 1.400 kilómetros que separan Anxi de Karashahr, siguió
las rutas militares y comerciales en uso desde la dinastía Tang entre China y Occidente. Inspeccionó importantes lugares en Hami
y Turfan. En diciembre empezó a investigar los santuarios budistas de Ming-oi, al suroeste de Karashahr. Tras visitar Kuchar, cruzó
el Taklamakán de norte a sur, enfilando hacia donde el río Keriya se encuentra con el desierto. En febrero de 1908 empezó una nueva
investigación arqueológica en Karadong. Más tarde partió hacia las fuentes del río Yuringkash. Mientras estudiaba las montañas
de Kunlun, sufrió un accidente.

La obra de divulgación de la segunda expedición, titulada Las ruinas del desierto de Catai, se publicó en 1912. Los resultados de la investigación
fueron publicados luego, en los cinco volúmenes de Serindia (1921).

Durante 30 meses de trabajo
de campo, Stein recorrió unos
16.000 kilómetros. En abril
de 1906 cruzó la frontera
india y pasó por Swat,
Dir, Chitral y Mastuj,
recopilando datos históricos
y etnográficos. Al descender
por el glaciar, de 4.700
metros de altitud, del paso
de Darkot intentó seguir el recorrido
de la expedición militar descrita en el
Tang Liudian (enciclopedia de ley
administrativa de las seis divisiones de la
burocracia Tang), que cruzó el Pamir
y el Hindukush y bajó hacia Gilgit bajo las
órdenes del caudillo Gao Xianzhi (muerto
en 756) en 747. Stein obtuvo permiso del rey
afgano para cruzar Wahan y el Pamir afgano
antes de tomar un respiro en Kashgar.
Luego viajó a través de Yarkand a Khotán,
pasando los meses de verano en los altos
no cartografiados de Kunlun. Más adelante, excavó
asentamientos desconocidos vecinos a Khotán antes de volver
a Niya. Desde Niya fue a Charklik atravesando Charchan
para visitar, finalmente, la ruinas de Loulan.