此后不久，1911年革命导致清朝被推翻，让政府无暇顾及敦煌手稿。几经周折，这批写卷入藏京师图书馆。敦煌写卷8697份，至今仍是中国国家图书馆敦煌资料的主要部分。
随后，通过政府资助、公众捐赠和图书馆采购，中国国家图书馆目前收藏的写卷总量已增至约16,000份，它是中国最大的敦煌资料馆。
1914-1915年，奥登堡在伯希和考察的基础上，对莫高窟做了比较全面、系统、详尽的综合性考察。
除了对伯希和的测绘做了补充、修改，新编、增编了一些洞窟编号外，还逐窟进行了拍摄、测绘并做了较详细的文字记录，对重点洞窟做了临摹。在测绘南区洞窟单个洞窟平面图、立面图的基础上，拼合出了总立面图和总平面图，形象地记录了莫高窟当年的真实情况。
他的测绘图和来自敦煌莫高窟的收藏品，20世纪90年代开始陆续由上海古籍出版社整理出版《俄藏敦煌艺术品》共6卷，《俄藏敦煌文献》共17卷，这些成果直到近年才逐渐被整理发表。
1924年和1925年，美国华尔纳率哈佛大学考古队两次赴中国西北考察，除窃取了莫高窟第328窟一尊彩塑和十多方壁画外，也对敦煌石窟进行过调查，还对榆林窟第5窟（今编第25窟）的壁画做了专题研究，发表了《万佛峡：一所九世纪石窟佛教壁画研究》。
这一时期，国外还有一些学者依据斯坦因、伯希和公布的照片和资料，对洞窟进行了研究。
在分期研究方面，由日本学者小野玄妙于1924年首先开始，此后有1931年巴切豪夫、1933年喜龙仁等人发表研究文章。由于掌握的石窟资料有限，他们的分期大都失之偏颇。
值得一提的是日本学者松本荣一。他根据斯坦因、伯希和从敦煌骗购的藏经洞出土的绢画、纸画以及在敦煌拍摄的壁画照片，写出了图文并茂的巨着《敦煌画的研究》，初版于1937年。
整个20世纪，中国学者对石窟艺术、绘画和造像的兴趣和研究不断增加。这一兴趣也与现代民族国家概念的兴起有一定关系。
继1940年画家吴作人到访之后，张大千在1941-1943年间参观了敦煌莫高窟和附近的其他洞窟遗址，他对洞窟做了一次编号清理，对洞窟内容做了调查和记录，对年代做了初步判断，之后出版了《莫高窟记》。
他还指导谢稚柳完成了《敦煌艺术叙录》。后者对敦煌莫高窟、敦煌西千佛洞、安西榆林窟、安西水峡口石窟逐窟做了洞窟结构、塑像、壁画、供养人位置及题记的记录。
张大千还临摹了276幅壁画，其中183幅现保存在四川省博物馆。张大千的敦煌壁画复制品，其中一些于1943年在兰州展出，这提高了人们对莫高窟的认识。
张大千临摹敦煌壁画，1941年，教育部组织以王子云为团长，画家何正璜、卢善群等为成员的西北艺术文物考察团到敦煌，与中央摄影社合作，对莫高窟进行了调查、摄影、测绘、临摹和速写记录。
1942年，何正璜来莫高窟调查，根据张大千的编号，记录了305个洞窟的原建、重建、内容布局、时代和保存现状，次年发表了《敦煌莫高窟现存佛洞概况。
1942年，中央研究院组织“西北史地考察团”，向达、劳干、石璋如等赴敦煌，考察莫高窟、榆林窟，还对敦煌周边古遗址做了调查。1942年考察的主要成果有石璋如整理的三卷本《莫高窟形》，用考古学的方法对莫高窟各个洞窟的窟形做了测量、照相、文字记录。
1944-1945年，中央研究院和北京大学组成“西北科学考察团”，向达、夏鼐、阎文儒等对敦煌莫高窟进行考察，还调查了敦煌的汉长城遗址，发掘了一些古墓葬。向达的两次敦煌考察，对敦煌石窟大部分洞窟登录内容，抄录碑文、题记，考证洞窟年代等。
他以《瓜沙谈住》为总题，发表了《西征小记》《两关杂考》《莫高、榆林二窟杂考》《罗叔言（补唐书张议潮传）补正》等四篇文章，创立了将敦煌文献研究与实地考察调查、考古调查相结合的科学研研究。
发现和保护，莫高窟在明代一度荒废，鲜为人知。至清代有文人记录有关莫高窟的资料，并探讨它的创建年代和历史。
光绪二十六年（1900）道士王圆箓发现藏经洞后，英国的M.A.斯坦因、法国人伯希和、日本人橘瑞超和吉川小一郎相继掠走洞中大量经书等文物，俄国人S.F.奥尔登堡、美国人L.华尔纳还盗走莫高窟的一些壁画。
这一时期的洞窟，主像一般是释迦牟尼或弥勒，还有释迦多宝并坐像、菩萨像和禅僧像等。
这类故事画的构图，除单幅的外，多为横卷连环画形式。
例如，莫高窟285窟的《五百强盗成佛》故事画，表现了作战、被俘、审讯、受刑等场面。
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