根据董笃宜提供的线索，华西大学博物馆馆长葛维汉和助理林名钧于1934年春天组成考古队，经四川省教育厅颁发执照，广汉县政府批准，由广汉县县长罗雨仓主持，在燕氏发现玉石器的附近进行了为期十天的发掘。
发掘收获丰富，共出土文物600多件，有陶器、石器、玉珠、玉杵、玉璧、玉圭等，这些文物后交由华西大学博物馆收藏。此次考古发掘的成果被葛维汉整理成《汉州发掘简报》，发表于1936年的《华西边疆月刊》，文中将这批出土的文物命名为“广汉文化”。
遗憾的是，建国之后，三星堆一直不被重视，沦落为当地砖厂取土作业的场所，偌大的土堆渐渐被夷为平地，体现出那个时代对文化的漠视，令人发指。
而上世纪八十年代开始的三星堆的大规模发掘竟然源于砖厂取土作业时挖碎的玉器，真是令人痛心疾首。
1986年7月至9月发掘的两座大型商代祭祀坑，出土了金、铜、玉、石、陶、贝、骨等珍贵文物近千件。在三星堆祭祀坑出土的上千件青铜器、金器、玉石器中，最具特色的首推三四百件青铜器。其中，一号坑出土青铜器的种类有人头像、人面像、人面具、跪坐人像、龙形饰、龙柱形器、虎形器、戈、环、戚形方孔璧、龙虎尊、羊尊、瓿、器盖、盘等。二号坑出土的青铜器有大型青铜立人像、跪坐人像、人头像、人面具、兽面具、兽面、神坛、神树、太阳形器、眼形器、眼泡、铜铃、铜挂饰、铜戈、铜戚形方孔璧、鸟、蛇、鸡、怪兽、水牛头、鹿、鲶鱼等。
其中金杖长142厘米，重780克，全用纯金皮包卷而成。杖上刻有人像高181厘米，座基79厘米，总高度达260厘米，重约300余斤。它是世界上出土年代最早、体型最大的一件青铜器。青铜神树高350厘米，树上挂有许多飞禽走兽、铃和各种果实，是古代巫师们专用的神器。另外还出土有青铜头像40余种，面具10余件。三星堆这批前所未有的珍贵文物的发现把古蜀国的文明史向前推进了1500年，因此在世界考古学界引起了轰动。
三星堆遗址出土陶器以高柄豆、小平底罐、鸟头形把勺为基本组合定式，其中还有瓶形杯，它是三星堆出土的很有地方特色的器物，它被做成喇叭口、细颈项，圆平底，很像今天我国北方地区用来烫酒的陶瓷酒瓶，与日本人喝清酒用的酒瓶极为相似。陶在遗址也有较多发现，颇具特色，一般高三、四十厘米，下部为三只袋状足，中间是空的，可加大容量，一般认为它是用来温酒器物，其玉石器则以祭天礼日的璧、璋为多，尤其是号称“边璋之王”的玉边璋，其残长达159厘米，厚1.8厘米，宽22厘米，其加工精美，棱角分明，其器身上刻有纹饰，这么大件精美玉器，在中国内现有的考古发现中仅发现这一件。
在三星堆的两个祭祀坑发掘中，还出土了共计80多枚象牙，它的来源和作用在学术界有多种观点，有的认为是通过贸易而来，有的认为在远古川内的生态环境适合大象的生存，其证物主要是在当地发现大量的半化石状乌木，单体巨大。但无论其来源怎样，都可以认为它是统治者财富的象征。
三星堆出土的青铜器，有造型各异青铜人头像，出土时面部均有彩绘，而且在耳垂上穿孔，用以挂戴耳环耳饰，看来我们的先人很爱美的。除了这些青铜造像外，还有许多用祭祀的尊、等，有形态各异的各种动植物造型，其中被誉为写实主义杰作的青铜鸡、有在中国范围内首次出土的青铜太阳形器等一大批精品文物。它们皆与中原文化有显著区别，这表明三星堆文化不仅是古蜀文化的典型代表，亦是长江上游的一个古代文明中心，从而再次雄辩地证明了中华文明的起源是多元一体的。
三星堆文物还填补了中国考古学、美学，历史学等诸领域的重要空白。使得世界对中国古代文明需重新评价，三星堆文物中，高达3.95米、集“扶桑”“建木”“若木”等多种神树功能于一身的青铜神树，其共分三层，有九枝，每个枝头上立有一鸟，它不是一般意义上的鸟，而是一种代表太阳的神鸟。被誉为铜像之王的青铜立人像、有面具之王美誉、作为“纵目”的蜀人先祖蚕丛偶像的青铜纵目面具，长达1.42米、作为权杖法杖的金杖，其器身上刻有精美和神秘的纹饰，两只相向的鸟，两背相对的鱼，并在鱼的头部和鸟的颈部压一只箭状物，同时有充满神秘笑容的人头像。器身满饰图案的玉边璋以及数十件与真人头部大小相似的青铜人头像，俱是前所未见的。
两坑出土器物的种类，除部分中原地区夏商时期常见的青铜容器、玉石器和巴蜀文化遗址常见的陶器外，大多是过去从未发现过的新器物，如青铜群像、青铜神树群、青铜太阳形器、青铜眼形器、金杖、金面罩等。两坑出土器物不仅数量巨大，种类丰富，文化面貌复杂、新颖、神秘，而且造型奇特，规格极高，制作精美绝伦，充分反映了商代蜀国高度发达的青铜铸造技术、黄金冶炼加工技术、玉石器加工技术以及独特的审美意识和宗教信仰。
一、二号祭祀坑既是整个三星堆遗址的精华所在，同时又代表了古蜀文明之最高成就。它们的发现，对研究中国巴蜀地区青铜时代的历史提供了罕见的实物资料，填补了中国青铜艺术和文化史上的一些重要空白，极大地改变了人们对于商代四川盆地社会发展水平的传统认识，必将引起人们对中国古代文明起源和早期发展历程的重新审视，在中国考古学研究课题上具有不可替代的地位。