5月29日，郑绍宗等人在寇俊林等指引下，到达坍塌的大洞。自南向北，首先看到的是大量的瓦片，这是西汉初年的板瓦和筒瓦。瓦片排列虽有些乱，但可以看出原有的排列规律。轻轻揭开瓦片层，下面是金光耀眼的鎏金车器，紧接着是排列整齐的马首，“这些马埋卧得很有次序，肌肉早已腐烂，现只存骨骼，应该是有意识的杀戮及殉葬。大批车马出现在这个洞室中，使我们意识到这是一座西汉时期的贵族墓葬。

北行约15米，所见都是真车马。再北行约5米，在相当于前室的位置，发现大量狗骨架。继续北行，进入一个南北向的大洞室，也就是北耳室，在洞口发现一匹马和一盘石磨、大酒瓫，层层叠落的大瓦片下是堆积如山的陶器，包括壶、盘、案、大瓮等，色泽鲜艳，陶器堆积有一人多高。

从北耳室返回“十“字形前室和甬道，再由此折向进入一个近200平方米的穹隆顶大洞窟---中室。洞内地上分布着层层叠落的大瓦，一些珍贵的金、银或鎏金青铜器杂乱地隐在瓦片之中。环绕的小沟将地面分为三路，西壁露出晶莹闪光的雪花石砌筑的石门，里边应该是墓主人的”内寝室“。大家仔细察看了从中室取出的鎏金大铜盆，见上面刻有铭文“中山内府铜镬，容十斗，重廿廿一斤，卅九年九月己酉，工丙造”。

见到铭文，郑绍宗等人推断出这座墓室应该是西汉时期中山国的墓葬。“中山”指中山国，历史上曾经出现过两个中山国，一个是春秋战国时代的鲜虞中山国，另一个是西汉时期的中山国。战国时期中山国的文字是属于金文的，而铜盆上的这种文字接近汉隶，另外，从墓里出土的铜器，也和战国中山国的出土文物完全不一样，而是属于西汉风格。

考古人员将这次初步勘察的结果，特别是墓内发现纪年铭铜器的情况，写成专题报告送交河北省政府，后转呈国务院。1968年6月18日晚，周恩来总理在人民大会堂宴请来访的坦桑尼亚总统尼雷尔，趁着宴会间歇的短暂时间，周恩来把发现满城汉墓的事告诉了中国科学院院长郭沫若，并嘱咐他，“这件事十分重大，由你们负责办理。”根据周总理的指示，郭沫若6月26日派中国科学院考古研究所的胡寿永、王仲殊等13人来到满城，和河北省文物工作队共同组成发掘队，对墓室进行清理。

专家们经过近两个月的奋战，准确测得墓洞全长51.7米，最宽处37.5米，最高处6.8米，容积约2700立方米，分为墓道、甬道、南北耳室、中、后室等六部分。清理出大量的无价国宝。经过鉴定，专家们一致认为满城汉墓是西汉中山国靖王刘胜之墓。因铜器铭文中有“中山内府”“卅四年”等字样。西汉中山国王共传10代，超过上述在位年数的只有刘胜一人，刘胜在位42年，其他几位国王在位最多的只有21年，从而断定墓主人为刘胜。