在馮漢驥的具體操作下，1963年9月，四川省博物館和四川大學曆史係考古專業師生組成聯合發掘隊，再次來到廣漢月亮灣燕家院子附近進行發掘。這是燕氏父子發現玉器坑三十四年以來，首次由中國人主持對三星堆遺址的重要組成部分——月亮灣遺址進行正式的科學發掘。此次發掘的具體組織和指導者，理所當然地屬於既是博物館館長又是川大考古教研室主任的著名考古學家馮漢驥。
按照合作雙方達成的協議，除馮漢驥之外，聯合發掘隊的副隊長分別由省博物館的張才俊與四川大學教授馬繼賢兩位考古學家擔任，其成員有省博的戴堂才和川大的童恩正、宋治民等考古學家，以及廣漢縣文教科的譚銳和中興公社的文化幹事王文江等人。按照要求，四川大學曆史係考古專業的十五名學生全部參加了此次發掘。
9月18日，由四川大學教授馬繼賢與一名學生乘一輛汽車，攜帶部分生活用具到廣漢打前站，安排食宿等諸多事宜。由於中興場至月亮灣地段道路狹窄，阡陌縱橫，汽車無法通行，隻得將發掘工具、器材以及其他生活用具在中興公社的大院內卸下，由馬繼賢和他的學生花費了一天的時間，用肩膀挑到月亮灣回龍寺小學，在那裏租借了三間平房安頓下來。
9月20日，聯合發掘隊幾十名師生和考古學家攜帶發掘工具，乘兩輛敞篷汽車開赴廣漢月亮灣進駐回龍寺小學。按照規定，凡參加發掘者每人每天平均隻有一斤糧食的定量，缺額部分派一名學生到鄉下收購些紅薯作為補充。當生活稍做安頓後，按照馮漢驥的戰略部署，在月亮灣分別選擇了三個地點進行發掘。第一個地點選在燕家院子東南三十米左右的稻田裏，北麵靠近當年出土玉石器的水渠，共開探方十一個。第二個地點選在水渠的北麵不遠的稻田，隻開一條探溝。第三個地點選在月亮灣一道高高隆起的土隔梁上，開挖探方一個，其目的是探察此處是否有由人工夯築的一道土牆或更加宏大的城牆。當這三個點的發掘陸續開工之後，發掘人員將原劃分的農耕土、文化層與生土層詳細分為上下兩層，並分別定為商代和西周早期。