樓蘭古城的平面大體上是一個(gè)長(zhǎng)方形。若以復(fù)原的城墻計(jì)算，面積達(dá)10余萬(wàn)平方米。它的東城墻長(zhǎng)約333.5米，南城墻長(zhǎng)約329米，西城墻和北墻均長(zhǎng)約327米。北城墻和南城墻因順東北風(fēng)勢(shì)，所以保存得較為完整，而東城墻和西城墻因受東北風(fēng)的強(qiáng)烈侵蝕，已所剩無(wú)幾。

斯坦因在城中發(fā)掘了一處近100平方米的廢墟，在這里發(fā)現(xiàn)了少量的盧文簡(jiǎn)牘和大量漢文簡(jiǎn)牘以及銅、陶、木器、漆器、絲、毛織品等。

根據(jù)漢文簡(jiǎn)牘可以得知，城中西南的大院落為長(zhǎng)史衙署遺址，其附近為長(zhǎng)史衙署的附屬建筑。建筑形式既具有內(nèi)地建筑的特點(diǎn)，也保持了當(dāng)?shù)氐慕ㄖL(fēng)格。城內(nèi)渠道以東的一組房屋建筑，規(guī)模宏偉，是客館和高級(jí)官吏的邸宅。南城似乎為軍事駐地。散布在城內(nèi)的其他建筑，可能是當(dāng)?shù)赝林c漢族的寄居區(qū)。

簡(jiǎn)牘上面所記載的日期表明這個(gè)神秘之城被廢棄的時(shí)間大約在公元3?4世紀(jì)之間。在1907年對(duì)樓蘭的第二次考察中，斯坦因發(fā)現(xiàn)了“從未報(bào)道過(guò)、完全出乎意料”的樓蘭壁畫(huà)。當(dāng)來(lái)到一座大佛寺里，在長(zhǎng)方形的基座走廊上，他發(fā)現(xiàn)了一個(gè)穹頂?shù)膱A形建筑，在這里意外地看見(jiàn)了美麗的壁畫(huà)——“帶翼天使”的頭像。斯坦因斷言：“壁畫(huà)的整體構(gòu)思和對(duì)眼睛等的表現(xiàn)，純粹是西方式的。