1939年，梁思永主要根据城子崖的挖掘成果，撰写了《龙山文化——中国文明的史前期之一》一文。他将龙山文化分成三个区域，即山东沿海区、豫北区和杭州湾区，认为以上三个区在文化谱系上属于不同的考古学文化。到五六十年代，学术界通过更多的发掘，把梁思永所说的三个区正式命名为良渚文化、典型龙山文化、河南龙山文化（又称“后冈二期文化”）。梁思永撰文之时，中国的现代考古事业才刚刚起步，发现的文化遗址非常之少，能提出龙山文化的分期论断，用专家们的话说，实属“科学的预见”。
河南安阳殷墟，是中国现代考古学的一个重要站点。中国年轻的考古队伍采用近代考古学技术，独立自主进行了首次大规模挖掘。第一次挖掘始于1928年10月，在梁思永学成归国之时，挖掘已经进行了三次，之后又进行了12次挖掘，梁思永从第四次开始，共参加了六次挖掘。
梁思永并不是中国最先从事现代考古的学者，却是经受现代考古学正规训练的第一人，在殷墟的考古挖掘中，他的加入显示出了重要价值。前三次殷墟挖掘，目的多限于寻找甲骨文和其他遗物，几乎与民间所说的“挖宝”无异；而真正的考古学，关注点远远超出发掘出来的文物，它应当是以研究和发现古代社会的方方面面为目的。
对于梁思永所发挥的作用，当年参加安阳考古的夏鼐先生说：“梁先生确是野外考古工作的头等人才，不仅工作技术是头等，更重要的是那种负责的精神，能照顾到全局，同时又不遗漏细节，小屯殷墟发掘工作的头几年，参加的人都没有受过正式的田野考古训练，大家都在暗中摸索，想由尝试和错误中获取经验和教训，梁先生参加工作后，才加以整顿，面目一新，他费了大力来改进田野考古技术，拟订各种记录表格，组织室内整理工作，训练年轻人员，使一切都渐入正轨。”因此，有梁思永参加的安阳殷墟的第四次挖掘，由于他对考古科学规范的倡导，被视为中国考古学的一个重要转折点，从此由草创转入正轨。
1934年秋季，他又一次开始了野外工作。年仅30岁的梁思永担任负责人，主持第10—12次的殷墟发掘工作。史语所对侯家庄西北岗一带的殷王室陵墓区进行的这三次大规模挖掘，被考古界视为“规模宏大，采用了新技术”的殷墟科学挖掘的第二阶段。其中尤以1935年春的第11次挖掘被视为当年殷墟考古工作的“高潮”。
那些墓葬虽经过盗掘破坏，但收获仍然丰富，不仅有“隐蔽的角落里发掘出的以前盗墓者没注意的遗物”，“特别珍贵的是那些易腐烂的竹、木纤维等留下的精细痕迹”，非经过严格的科学训练，是无法做出这样的发现的。
侯家庄西北冈的三次发掘工作一共发现了大墓十座，小墓千余座。发掘规模的宏大，田野工作的精细以及考古收获的丰富，在国内是空前的。正当梁思永准备静心审视这些不寻常的发现，以便制订下一步的发掘计划时，由于1937年日本的侵略而中断了，开始了长达8年的流亡岁月。
在流亡岁月里，梁思永遭受了疾病的巨大折磨，但他从不轻易放下手中的工作。抗战爆发后，史语所考古组一路迁移，从长沙到桂林，又辗转越南到昆明，最后来到四川西部长江南岸的小镇李庄。此时，梁思永已经与李济、董作宾一道成为考古组的三个核心人物之一。
由于长期的野外工作，生活没有规律，梁思永的身体留下很多“欠债”。到了李庄之后，他只沉浸在工作中，不料又一次遭遇了病魔。1941年2月，他先是患上重感冒，接着是气管炎持续不见好，后来突然转为肺结核，当时的医生称之为“奔马痨”，几次下了病危通知。幸运的是，他挺了过去，在病床上接着工作。
梁思永当时着手撰写侯家庄西北冈的发掘报告，他本想“一气呵成”，可惜严重的肺病延缓了他的工作。但他仍留下了重要的精神财富，李济后来说：“这位天才考古学家关于侯家庄王陵的报告手稿是保存在考古组的珍品之一。”令人遗憾的是，这些手稿被运到了台湾。
新中国成立后，中国的考古事业面临着大发展的历史机遇，卧床休养的梁思永欣喜地迎接着这一时刻的到来。1950年8月，他被任命为中国科学院考古研究所副所长，所长郑振铎还担任国家文物局局长一职，所以考古所的工作担子主要压在梁思永身上。他制定长远规划，指导野外工作和室内研究，热心培养青年考古工作者，度过了生命中最后的几年。
尽管身体不好，但考古所50年代初期的年度计划都由他亲自执笔，特别是还草拟了考古学研究的长远规划，对全国范围的田野工作和研究对象作了整体设想。1950年秋天，全所人员全面出击进行野外考古挖掘，只有梁思永一人留守后方，遥控各地的挖掘工作，再次充分地显示了他的业务和组织才能。当时，他用纸裁成很多小条把每天所要做的事和工作上的问题写在小条上，逐条解决处理，使得考古所有条不紊地运转着。
考古学家安志敏是梁思永当年的研究生，回忆起50年代接受梁思永指导的情形，他说：“从我们到考古所那天起，便给我们布置了必读书目和学习计划，每周还要填表逐日汇报学习和工作情况，并经常同我们谈话以便作更深入地了解，从治学方法到思想修养无所不包，以督促和爱护的心情，帮助我们克服思想上和学习上的缺陷，为考古研究所培养了一批新的骨干，也使我们终生受益匪浅。”连安志敏为训练班和考古专业所准备的讲稿，事前都经过梁思永先生的审阅和批改，不妥之处也一一注出。
由于工作辛劳，体力透支，到了1953年，梁思永的身体更衰弱了，经常头痛，食欲不振，虚弱得连说话的声音都很小。1954年春梁思永心脏病再度发作，4月2日在北京逝世，这位心系田野的天才考古学家就这样过早地告别了他执着的事业。
作为第一位走出国门，接受西方考古学正规训练的学者，梁思永引进传播了现代考古学的 方法，又使之切合中国国情与文化传统。考古学方法基石之一的类型学就是由他阐释和实践的。他在精细分类的基础上，将西阴村的遗物与国内外其他史前文化比较，从而认识西阴村陶片蕴含的文化特征，认识到新石器时代后半期，远东存在两大基本陶器型式，即中国北方的无彩陶与西阴、仰韶的彩陶。
此外，他还认为要了解古人如何制作器物，最好能从现在的民间手工艺技术入手。为此，他在北京曾调查过工匠制作玉器的技术，并收集工具标本。在昆明期间，他从民族学、人类学方面对云南少数民族的民俗风情作了调查，从对陶器制造的研究到对农业灌溉系统和青铜器工业的考察，而这种观察又反过来进一步加深了他对安阳发掘中收集的考古资料的理解。梁思永的这些做法与二十世纪五六十年代在新考古学的某些理论不谋而合。如引进民族学、人类学的研究成果，以及实验分析的方法等，可以说是新考古学一派的先驱。
在殷墟发掘中，梁思永对于组织上和方法上都有重要的改进，使田野发掘进入注重文化层的新境界。"文化层"的观念导致了现代考古学的深刻变化和巨大进步。梁思永也因此理清了仰韶文化、龙山文化、小屯文化的关系，纠正了当时一些学者的错误认识。通过龙山文化和后冈三叠层的大量田野考古资料，驳斥了西方一些学者的论据，从根本上否定了西方学者"中国文化西来"的论断。使我国田野考古工作开始跨入世界先进水平，为后来田野考古工作树立了光辉典范。
我国老一辈的考古学家，像已故的夏鼐、尹达、郭宏均和尹焕章等人都在历次殷墟发掘中受到梁思永的熏陶和培养。
为培养考古专业的人才，梁思永积极举办考古工作人员的训练班。从教学人员的配备，课程的设置，实习的选点都做认真的建设和安排。他还特别关注一些青年考古工作者的报告编写问题。他在病床上，用铅笔在便条上所完成的《殷代陶器》和《考古报告的主要内容》两稿，是为辅导青年考古工作者编写考古报告所列的提纲。它们对考古报告的编写有很大的指导意义，使许多青年考古工作者受益匪浅。
正如李济所说：“梁思永先生，中国一位最杰出的考古学家，已经把他全部的生命贡献于这一件事了。”
