2008年冬天，考古工作者對墓葬進行了清理，這座大墓坐西朝東，有一條墓道，兩側分佈有長方形的陪葬坑。在發掘過程中，考古人員一共在墓中發現7個明顯的盜洞，整座大墓被盜情況十分嚴重。
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確定這座大墓主人就是曹操最有力的證據，是墓中出土的帶有文字的石牌和石枕。考古人員在出土的石器上，發現多處“魏武王”的刻字。根據《三國志》記載，曹操在生前被漢獻帝封爲魏王，死後諡號爲“武王”。出土石牌、石枕刻銘稱“魏武王”，正是曹操下葬時的稱謂。
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雖然確定了墓主人是曹操，但是這座大墓還是有一個個謎團，困擾着考古人員，儘管發掘工作已經完成，但還是找不到答案。主要由以下三大謎團：
第一、在曹操墓中，出土了數量衆多的石頭殘片，這些石頭上雕刻有精美的花紋，一眼看去就不是普通的石頭。關於這些石頭的用途，考古學家、歷史學家各持觀點。有人認爲這些石頭碎片是墓門，被盜墓賊打碎的。也有人說是石槨。如果“石槨”說法得以確認，這將是中國迄今發現的最早石槨。
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第二、墓中出土帶有“魏武王”字樣的石牌都被打斷，沒有一塊完整的。考古人員在前室清理出一具男性骨骼，專家推斷是曹操的屍骨。很明顯，曹操的屍體被盜墓賊從後室拖到前室，甚至連臉部都被砍去。專家推測，曹操墓曾遭人爲破壞，甚至報復性毀墓。
第三、通過對西高穴村大墓周圍的勘探，考古隊發現數量很多的方形坑，這種墓葬形制，在漢魏時期從沒有見過，這些坑究竟是做什麼用的，目前還很難解釋。
