結束了對佛光寺的考察之後，一行人一路北上，考察了靈境寺、金閣寺、鎮海寺、南山寺，最後到達五台縣最北端的台懷鎮。台懷鎮處在五台山五大高峰之中，裏麵居住著漢、滿、蒙、藏四個民族，有不到兩千的居民。
台懷鎮有個靈鷲峰，也叫菩薩頂，是東漢時期佛家在中國最初的傳播人掇摩騰和竺法來台懷鎮，看到菩薩頂形狀像印度靈鷲峰，才為其取此名。
林徽因和梁思成等人考察了附近的顯通寺、塔院寺、萬佛閣、羅候寺、圓照寺等二十多所廟宇，掇屬明清時代建築，這讓他們對佛光寺的發現更感到驚喜。林徽因和梁思成趕忙寫信寄送到太原教育廳，陳述了佛光寺的曆史價值，建議他們立即製定出永久保護佛光寺的方法。
下山以前，林徽因給讀小學三年級的女兒寫了封信，描述了他們的上山、下山路線，而且畫了張地圖。離家已經一段時間了，林徽因越來越想念自己的子女，每次外出考察的時候都會給女兒寫信，將這個八歲的孩子當成大人一般，將旅途中的一切都告知給她。
他們於七月份開始了返程之旅，一路上或爬山，或坐火車，或騎著騾子，經過砂河、繁峙到達代縣的時候已經是7月12日。剛到代縣，他們就聽到了一個讓人震驚的消息——北平發生了“盧溝橋事變”，一路上的興奮之火瞬間被潑滅，幾個人的心情都變得沉重起來，梁思成想起“九·一八”事變日軍的種種暴行，不禁仰天長歎。
他們快馬加鞭，想要盡快回到北平，可無奈平漢和津浦都不再通車，隻好繞道返回，又擔心到不了平綏，隻好囑咐玉堂帶著圖錄和稿件暫時返回太原等消息。四個人第二天一大早便從代縣出發，徒步走到蒲錄中途的陽明堡，之後各奔南北。林徽因和梁思成晝夜兼程趕往北平。