2008年冬天，考古工作者对墓葬进行了清理，这座大墓坐西朝东，有一条墓道，两侧分布有长方形的陪葬坑。在发掘过程中，考古人员一共在墓中发现7个明显的盗洞，整座大墓被盗情况十分严重。
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确定这座大墓主人就是曹操最有力的证据，是墓中出土的带有文字的石牌和石枕。考古人员在出土的石器上，发现多处“魏武王”的刻字。根据《三国志》记载，曹操在生前被汉献帝封为魏王，死后谥号为“武王”。出土石牌、石枕刻铭称“魏武王”，正是曹操下葬时的称谓。
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虽然确定了墓主人是曹操，但是这座大墓还是有一个个谜团，困扰着考古人员，尽管发掘工作已经完成，但还是找不到答案。主要由以下三大谜团：
第一、在曹操墓中，出土了数量众多的石头残片，这些石头上雕刻有精美的花纹，一眼看去就不是普通的石头。关于这些石头的用途，考古学家、历史学家各持观点。有人认为这些石头碎片是墓门，被盗墓贼打碎的。也有人说是石椁。如果“石椁”说法得以确认，这将是中国迄今发现的最早石椁。
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第二、墓中出土带有“魏武王”字样的石牌都被打断，没有一块完整的。考古人员在前室清理出一具男性骨骼，专家推断是曹操的尸骨。很明显，曹操的尸体被盗墓贼从后室拖到前室，甚至连脸部都被砍去。专家推测，曹操墓曾遭人为破坏，甚至报复性毁墓。
第三、通过对西高穴村大墓周围的勘探，考古队发现数量很多的方形坑，这种墓葬形制，在汉魏时期从没有见过，这些坑究竟是做什么用的，目前还很难解释。
