新中国建立后，我国政府多次组织古人类学家，对水洞沟文化遗址进行研究和考察。
1957年，内蒙古自治区博物馆的汪宇平先生，在内蒙鄂托克旗调查文物时，同时对水洞沟也进行了调查。
1960年，中国和前苏联组建的中苏古生物考察队，对水洞沟遗址发掘了6 x 6米，深11米的探方，出土了约2000件石制品。
1963年，我国著名考古学家斐文中教授率队对水洞沟遗址(即I号遗址)东侧进行大规模考古发掘，出土了野驴、犀牛、羚羊、转角羊，野牛、 狗、猪和驼鸟等十几种动物化石和1.1万件石器。同时，又发现了新石器时代石斧，石磨盘等遗物。这次发掘首次以明确的地质包含物证明，水洞沟不是单一时代 的文化遗地，下层有旧石器时代的遗物，上层有新石器时代的遗物。通过对出土的大量化石、石器、骨椎、装饰物(驼鸟蛋壳穿孔而成，边缘略经打磨)和人类用火 痕迹的研究考察表明，不仅距今3万年前，水洞沟地区就有人类在此繁衍生息，而且持续了漫长的时间，他们创造了旧石器时代晚期到新石器时代的水洞沟文化。
1964年，我国著名考古学家贾兰坡教授是最早认为水洞沟的尖状器“完全可以和欧州的典型的莫斯特(见前)尖状器相比，不但加工的方法相 同，而且器形也毫无二致”。不过在关于水洞沟石器工业(指人工按一定方法大量制造石器)的渊源关系讨论中，学者们更多地将水洞沟文化与山西丁村和板井子的 “汾河文化”，以及陕县武窑头沟的“泾渭文化”相联系。
1974年，贾兰坡教授又对水洞沟进行了考察。
1980年9月，宁夏博物馆和宁夏地质局区调队，在我区著名考古学家钟侃研究员的带领下，又组织了对水洞沟文化遗址为期一个月的第四次考古 发掘。除进行了旧石器考古和第四纪(新生代中的第二个纪，也是最近的一纪，延续约一百万年，直到现在。这纪中，地壳和动植物界已经具有现代的样子，特点是 有冰川作用，出现过几次大的冰川期，出现了人类。这个时期形成的地层叫第四系。新生代，是地质年代的五个代，延续约五千九百万年，是地质历史的最新的一个 代，分为第三纪和第四纪两个纪。在这个时期地壳有强烈的造山运动，中生代的爬行动物绝迹，哺乳动物繁盛，生物达到高度发展阶段，和现代接近，后期有人类出 现。第三纪，是新生代的第一个纪，延续约七千五百万年。这纪中，造山运动极盛，海陆变化不定，我国地层在这个时期是大陆。现代最高大的山脉大部分是在这个 时期形成的。生物中哺乳动物、鸟类和被子植物最为繁盛。这个时期形成的地层叫第三系。)地层学研究外，还开展了碳14年代的测定和孢粉分析，又出土了古生 物化石67件和各种打制石器、石片、刮削器、石箭头、石叶和大量镶嵌工具的石刀片等石制品6700多件，而且首次发现了3件人工磨石。同年，由科学出版社 出版的《水洞沟—1980年发掘报告》一书，对于水洞沟文化性质 (严格地说是石器打制技术)的认定才算趋于明朗和统一，可谓尘埃落定，即不再进行水洞沟和莫斯特两者之间的对比，而是将水洞沟出土的某些石核第一次直截了 当地称为“勒瓦娄哇(一莫斯特技术)石核”。“这应该是学术界进一步开放的标志，也是《水洞沟》一书最引人注目的地方。”
水洞沟80年发掘从下往上(这与新石器以后的考古分层正好相反)共分16层，最下面的3层为晚更新统地层(Q3，属第四纪)，而上面的13 层均为全新统地层(Q4)。旧石器时代的石制品均出土于2—3层的灰黄色黄土状粉沙层中，即通常称时“水洞沟文化层”，亦即报告中的“下文化层”;上面的 13层全新统地层出土的均为新石器时代石制品，除打制石器外，还有细石器、磨制石器和陶片等，在报告中所称为“上文化层”。尽管在地层剖面上包含旧石器文 化的晚更新世晚期含钙结核的黄土状粉细砂层与新石器文化相处的全新世河湖相尽的侵蚀不整合面接触，但上下层新旧石器文化间却有着惊人一致相连续的技术传 统，其中最为明显的就是勒瓦娄哇—莫斯特技术。“这是一个研究我国旧石器和新石器文化之间连续发展和嬗变的绝无仅有的珍贵材料。”
2003年至2007年8月，由中国科学院古脊椎动物与古人类研究所所长高星领队，宁夏文物考古研究所和灵武市文物管理所参与，对水洞沟文 化遗址进行了第五次系统发掘。来自北京大学，吉林大学的15名考古专业的研究生，本科生志愿者参加了本次发掘。发掘从下往上共分16层，最下面3层为晚更 新世地层(形成约距今100万年)，上面的13层均为全新世地层(形成约距今150万年)。
