在西北科学考察团中，袁复礼连续考察时间最长、工作任务最重，整整5年，完成了学科众多、内容广泛的地质调查和考古发掘，取得了重大成果。

 

1927年6月，全团分3队西进，袁复礼率领南队共7人，都是中国人。他们在内蒙古、甘肃一带，采集到大量新石器时代的细石器、磨制石器和陶器。

 

1927年8月5日，袁复礼途经喀托克呼都克时发现铁矿苗。5年后袁在回程中又复查证实。因该矿体在丁道衡发现的白云鄂博主矿体以西，故称为白云鄂博西矿。

 

1927年9月4日，袁复礼在喀拉托罗盖（红头山）发现红砂岩上覆盖玄武岩，断定此地会有化石，但因有绝粮之虞，未能发掘，留信给丁道衡。

 

以后，南分队过三德庙，又穿越甘肃境内巴丹吉林沙漠，西行至新疆。

 

在新疆，当时还没有地形图，袁复礼从测绘开始，调查地貌、地层、构造、岩石、冰川、古生物、矿产，直至制作出详细的地质图。袁复礼两上天山，成为天山冰川考察的第一人；他建立了二叠纪、三叠纪的地层剖面图；在准噶尔东部，建立了第四纪沉积年代表，编绘了地貌图，详细记述了侏罗纪天山龙产地地形、地貌特征。解放后，袁复礼将自己编纂清绘的16幅新疆山形水系图献给国家，在解放军进军新疆时发挥了重要作用。

 

袁复礼教授5年中发现4个大范围的化石点、5个化石层位及10种有重大意义的古脊椎动物化石。他发掘到各类爬行动物个体化石（包括恐龙化石）70多具，后经专家鉴定定名，比较完整的新种就有：新疆二齿兽、布氏水龙兽、赫氏水龙兽、魏氏水龙兽、袁氏阔口龙、袁氏三台龙、奇台天山龙、宁夏结节绘龙。这些化石的年代比以前外国人在中国发掘的化石提前1亿多年，发现如此众多而且完整的爬行动物化石，当即震惊了世界！有古老文化的中华民族在近代科学中作出如此高水平的贡献，令中国人扬眉吐气！重要的是，水龙兽和二齿兽均为南非卡鲁系之标准化石，袁复礼的发现是三叠纪初泛大陆存在的有力证据，对古生物研究和地层研究都有重大意义。

 

袁复礼采集到大量有重要意义的动植物化石，绝不是意外的收获，也不是当地的恐龙化石多得俯拾皆是。他的发现是他智慧和毅力的明证，是由于他判断正确和行动果敢。他的所获，全凭他学识渊博和经验丰富，凭他严谨求实、一丝不苟的探索，凭他锲而不舍、艰苦卓绝的挖掘。他对地层、构造、岩石、矿产、测绘等多学科进行综合分析，把地貌部位和沉积物地质年代的研究相结合，根据对观测到的现象作出科学判断而发掘的。例如，在内蒙古红头山，根据岩石结构料定有化石，后丁道衡果然在此掘得3具恐龙化石。又例如，1928年9月~11月，在新疆三台大龙口见到红色泥页岩和棕红色泥质砂岩，判断它为晚二叠纪到早三叠纪的淡水湖相沉积，是含有兽形类爬行动物化石的地层，科学分析结合精心发掘，在晚二叠纪地层中出土二齿兽，在早三叠纪地层中出土水龙兽。1930年10月~12月，袁复礼从新疆奇台到北塔山南麓，测绘地质图，对地层、岩石、构造、矿产和地貌作综合考察，于12月初在奇台北的白骨甸中发现大型恐龙骨骼，并进行了32天的挖掘，他被冻伤了脚但还坚持工作（后住医院手术，3个月始愈），发掘出长10米多、高4米的奇台天山龙。

 

除了大量兽形爬行动物化石外，袁复礼还发现中华半椎鱼、叶肢介、珊瑚及双壳类等重要动植物化石，他发现的植物化石，1952年移交给南京中科院古生物所的就达28箱之多。他结合实物确定地层、年代，这些发现对古生物演化中心的研究、全球古大陆构造的研究都有非常重大的学术价值。他还发掘到大量古代文物，发现了煤矿、铁矿、石油苗等矿点。他是理论和实践紧密结合的学者，对新疆煤炭资源分布的地质情况、开采难易、交通运输等都有论述。他为当地人民找到地下水，帮助少数民族改进炼铁技术……人民感谢他，为他立生祠，造“复礼庙”、“袁公庙”，让子孙后代永远铭记他的恩情。

 

1931年秋，袁复礼准备结束考察工作。11月底，将全部采集品安全东运，又送走最后一位考察团员离疆登上回程，考察团的各项工作已经结束，而他自己则又开始另一工作。他从天山北麓再次穿越戈壁沙漠，靠近中蒙边境，一路考察而归，沿途作地质观察、采集标本、化石、石器和考古文物。在宁夏和内蒙古交界处，历时两周，挖掘出大型恐龙——宁夏结节绘龙骨骼。继续东行，抵喀托克呼都克，对1927年8月5日发现的铁矿作详细探查，验证当年考察之铁矿无误。到1932年5月10日回京，考察历时5年。

 

回京后，袁复礼将自己历尽艰辛所发掘的大量珍贵采集品无私地交给各相关学科的专家研究、鉴定，自己每月抽一定时间去和专家讨论研究、介绍发掘过程，切磋业务。淡泊名利、与同行同辈精诚合作是袁复礼崇高品德的一个方面。

 

1934年4月，为表彰袁复礼在西北科学考察中的贡献，瑞典皇家科学院授予他“北极星”奖章。此奖章的学术价值很高，全世界只有12枚，专奖给当时最有成绩的科学家佩戴。

 

徐炳昶团长每到一处与当地官府接洽，说明来意，寻求理解和支持，使考察能顺利进行；他又经常与北京学术团体协会理事会联系，使理事会及时了解考察团的工作进展；他与外方团员通力合作，不分彼此；他全力支持考察团团员的工作，解决团员的困难，丁道衡在白云鄂博发现大铁矿时，徐团长立即派地图学家詹審勋去协助丁道衡，共同绘制矿区的地质图。

 

徐团长与团里最年轻的气象生刘衍淮交谈人生的意义，鼓励刘克服困难、建功立业。当见到刘衍淮所画的路线地图时，徐团长及时表扬，后来李宪之也学会了画路线地图。

 

1927年12月16日，当时的甘肃肃州（酒泉）政府无理取缔额济纳河气象台，扣押考察团气象生马叶谦。徐团长得知后急电理事会解决，但理事会也无能为力，徐团长便一再致电南京中央研究院的蔡元培，请蔡帮助疏通。经蔡向冯玉祥解释，肃州政府才于1928年5月7日释放马叶谦，后来马因精神错乱而殉职。在4个月加22天被扣押期间，马叶谦遭受了什么折磨已无从知晓，但他对徐团长的依恋之情却是有文字记载的。

 

徐团长手不释卷，又一路调查研究当地的风俗民情。他是哲学家，地质勘探、考古发掘不是他的本行，但他敏而好学、不耻下问，把自己融入到朝气勃发的年轻人中。他与中国团员一起向德国团员学习德语（徐团长是留学法国的博士，已精通英语和法语），又与李宪之一起沿着居延海作环湖水文气象观测。

 

在自然条件恶劣、社会背景复杂、物质条件艰苦、精神生活空寂、任务艰巨、困难重重的情况下，中国西北科学考察团像个大家庭、大学校，这是和考察团领导的英明和正确分不开的。徐团长回京后写作出版了《徐旭生西游日记》三册。由于他对考察团出色的组织领导工作，获得以瑞典国王名义颁发的勋章。

 

当时的中国政府为纪念中国人首次考察大西北而发行了纪念邮票一套（4枚）。

 

中国西北考察团考察的地域之广阔、时间之漫长、学科之众多、成果之丰硕都是空前的。但考察团最重要的、永远闪光的成果莫过于先驱们在艰难困苦中铸就的奋发自强的爱国主义精神，勇于探索的科学精神，锲而不舍、一丝不苟的敬业精神，精诚无间的协作精神，和不畏艰险、迎接挑战的献身精神。这种精神力量是先辈留给后人的宝贵财富，也是我们为人的准则。