В 1899 г. Хедин обнаруживает в пустыне Такламакан в районе озера Лобнор развалины небольшого буддийского храма, наполовину занесенного песками, и предполагает, что где-то рядом должно находиться поселение, которое и обслуживало храм. Однако муссонные ветра не позволили развернуть масштабные раскопки, и работы были продолжены лишь в следующем году. Как оказалось, Хедину удалось обнаружить мощную и до тех пор практически неизвестную буддийскую цивилизацию, процветавшую в этом районе в первой половине I тыс. Но позже выяснилось, что поселение здесь существовало еще до прихода буддизма, - первые же находки Хедина позволили предположить, что поселения существовали в этом районе уже в период раннего каменного века, а в период позднего мегалита здесь процветали рыбная ловля и охота.
Первоначально Хедин предполагал, что обнаружил небольшое буддийское поселение, однако уже первые месяцы раскопок показали, что он ошибался. Остатки буддийского храма оказались лишь частью большого города на территории китайского уезда Жоцян, центр которого располагался в 14 километрах от буддийского храма. Экспедиция Хедина открыла около сотни деревянных табличек, а также рукописей, которые были написаны китайскими иероглифами и на непонятном языке, похожем по написанию на санскрит. Для участия в работах по переводу документов были приглашены несколько немецких ученых, которые и установили, что неизвестный язык является тохарским. Анализ показал, что практически все документы датируются III-IV вв.
Однако первоначально не было известно ни то, какое конкретно поселение было обнаружено Хедином, ни само его название. Первым, кому посчастливилось установить это, стал Дж. Макартней (позже он был генеральным консулом Великобритании в Кашгаре), который обнаружил в текстах документов упоминания о Лоулане. Дальнейшие исследования показали, что экспедиция действительно обнаружила царство Лоулань. Однако оставался нерешенным вопрос об этнической принадлежности жителей поселения, поскольку письменные источники давали возможность предположить, что лоуланьцы могли быть как китайцами, так и представителями некитайских общностей, например, тюрками или юэчжи.
Для научного мира это было настоящее потрясение - открытие грандиозной цивилизации с загадочным населением прямо в самом центре Азии, в Такламакане! И сюда устремились новые ученые и искатели.
В первой четверти XX в. сюда отправлялись экспедиции во главе с такими крупными исследователями, как немец Альберт фон Лекок, американец Лангдом Варнер и знаменитый исследователь такламаканских древностей британский археолог и геолог венгерского происхождения Аурель Стейн (1862-1943). Именно исследования Стейна и дали наибольший материал по лоуланьской культуре.