梁思永在主持城子崖第二次发掘时，对考古操作改革多涉及田野考古之细节，如：每坑作业工人降至最低限度以提高效率；以布袋代替麻纸包装，既可多次使用节约又不易损坏而紊乱；改善出土物标签的记录方式，详细标明出土地点等等。但梁思永在城子崖很重要的贡献是在出土物整理与报告编写方面，主要由他构建的整理方法及报告编写体例，开创了中国考古报告的先河，此与他早年曾整理研究过李济所发掘的西阴村资料有着很大的关系。
到了城子崖第二次发掘后期，暴雨突至，雨水迅将几个已经挖掘了一米多深的探坑全部灌满。根据以往经验和办法是等待坑水全部自然干涸后，才能继续发掘，这样至少要等一个星期的时间。
经过商量，决定采用吴金鼎提出的建议，借用村民的水桶将探坑中的水排出，晾干，尽快重新发掘。
梁思永、吴金鼎亲自上阵，在齐腰的水中与民工一起排水，保证了发掘工期按时完成。
此次挖掘，除去星期日休息，实际工作二十天，单日最多用工四十八名，开挖探坑四十五个，总面积达到一千五百多平方米，发掘古物共装六十箱，由龙山运至济南山东古迹研究会保存。
从出土文物看，陶器多为手制，但轮制已经出现，这些陶器技艺精湛、造型独特，遗憾的是制作工艺已经失传。
由出土的卜骨、筑版与夯土分析，梁思永断定城子崖文化与殷商文化为直接的传承关系，同时又反衬对殷墟建筑遗址的重新认识。
城子崖遗址发掘首次发现以磨光黑陶为显著特征的新石器时代遗存，最初被称为“黑陶文化”，后经梁思永提出统称为“龙山文化”。
梁思永对于城子崖遗址发掘最大的贡献，在于他通过安阳殷墟后冈遗址的发掘，出土了与城子崖遗址下层文化相同的黑陶期遗物，从而进行比照研究。参照殷墟后冈遗址文化堆积不同土质、土色、包含物来划分文化层，成功区别出不同时代的古文化堆积。
考古历史上的一个重大的发现已经是呼之欲出了。
一九三一年十月底，梁思永刚刚完成城子崖遗址的第二次发掘，又马不停蹄的参加了这一年十一月七日开始的殷墟第五次发掘。
在这次发掘中，梁思永仍主持后冈的发掘，也是后冈的第二次发掘，参加者主要有刘燿等。
发掘点仍在冈顶附近，开坑二十个，面积约三百八十五平方米。遗迹发现龙山期白灰面和夯土围墙，以及小屯、龙山、仰韶三层文化的清晰堆积，即三叠层堆积。
出土遗物主要是陶片，仰韶期有红陶彩陶钵、圈口瓶和灰陶高脚鼎等，龙山期有绳纹灰陶或光面黑陶尖鬲足、甗及鬼脸式足鼎等，小屯期有绳纹灰陶肥鬲足、刻纹白陶及卜骨等。
这次发掘最大的贡献是梁思永在后冈发现了后冈三叠层。
后冈三叠层的意思是，在考古学地层上，最上面是殷墟、中间是龙山，最下面是仰韶。从地层上证明了中国的历史由史前到历史时期是一脉相承的。
严格说来，后冈地层之准确认识是在第二次发掘过程中才得到的。梁思永此时刚从城子崖发掘归来，对龙山遗物的具体形象非常熟悉。梁氏在发掘小记中对地层与文化层有详细描述，其科学之操作技术于今毫不逊色：“后冈地面下的土层，发现各种深浅的灰、黄、绿、黑、褐等颜色纵横交错，似乎情形复杂，但在第二次发掘停工之前，我们已将这些各色的土层分别的归并为三大层。这三层在地面下的关系是：第一层在第二层之上，第二层在第三层之上。在全冈上还没有发现过第一二三3层重迭的情形，也没有发现第一层直接堆积在第三层上的情形。第一层与第二层之间，黄土绿土混杂，没有清楚的界线；第二层与第三层之间，有硬褐色土一层（山东龙山镇土人呼为鸡矢拌土），界线分明，一目了然。”