要解答这个疑惑并不容易，光是主墓之上的封土，就动用了上千人次，如愚公移山般，手工清理了整整一年多。当考古队将封土表层杂乱的灌木草丛清理干净，发现主墓的封土实际上要明显大于左侧的侯夫人墓封土，祭台等配套设施也都比左侧墓大，这进一步证实了杨军最初的判断，符合汉代以右为尊的原则。高达7米的覆斗形封土是一层层夯起来，密密匝匝达20多层，每层厚度约为3～5厘米。每一层封土的颜色都不尽相同，红土、灰土、黄土错落有致地层层叠加，却又界限清晰。随着封土层层剥离开来，整个陵墓的外部结构越见清晰：主墓与相邻的侯夫人墓共用一个夯土台基，台基之上各起上层封土包，即所谓同陵异穴合葬墓。
考古界有“汉墓十室九空”的说法，这就像盘踞在天空中的巨大阴影，如影随形地投射在墩墩山汉墓的发掘过程中。随着墓葬填土清理工期的推进，陆续发现的一些奇怪遗迹，更让杨军心惊不已。“这很明显是一个盗洞，开口从主墓右侧的车马坑钻出来，斜插进主墓的西北角。”据事后考证，这是一个五代时期留下的盗洞，盗洞之下正对着主墓回廊形藏閤西北角的衣笥库。直至开椁后，从衣笥库里出土了包括写有“昌邑九年”字样的漆箱在内的大量文物，才由此推断出这伙盗墓贼当年并未成功进入墓室。而在此之前，这两处先后发现的不同年代的盗洞，一度成了考古队备受煎熬的心病。
事实上，护佑墓室免遭盗墓贼洗劫的正是墓室中无处不在的地下水。据历史文献记载，318年，东晋时期的豫章郡（辖境大致同今江西省）发生了一次大地震，使枭阳县、海昏县等豫章古县淹没到鄱阳湖中。这次地震也造成墓室局部坍塌，地下水上涌浸入墓室。唐朝时期，鄱阳湖水发生了一次南倾，地下水位进一步上升，淹没了整个墓室。由于地下径流的冲击，墓室中多处墙壁发生了坍塌。但也恰恰因为地下水的存在，当时的人们并不具备水下盗墓的条件，才使该墓幸免于难。而充水的绝氧环境不利于微生物存活，也很好地保护了墓内文物免于氧化腐烂。
考古人员将封土和填土清理完毕后，厚约30厘米的白膏泥便露了出来。白膏泥是一种富有黏性的土，潮湿时呈青灰色称青膏泥，干燥后呈白色称白膏泥，常用在西汉墓室中作为保护木质葬具的材料。白膏泥之下继而是木炭层和黄沙层，三层材料共有七八十厘米之厚，共同覆盖在椁室上方。将白膏泥、木炭、沙依次清理干净后，一个面积达400平方米的方形木结构椁室就在甲字形的墓穴内赫然显露出来。长条形的椁板每根长达8米、宽约80厘米、厚约30厘米、重达2吨，数十根相同尺寸的黝黑色椁板一根根严丝合缝地并排拼接起来，守护着椁室内巨大的神秘空间。
此时，从椁室上方可以清晰地看到，那个一直让考古队提心吊胆的盗洞，竟然堪堪位于椁室的正中央，丝毫不差。“按照惯常的礼制习俗推断，主棺位于椁室的正中间，盗墓贼从封土堆正中心垂直向下挖盗洞，是一定能挖到东西的。”杨军忧心忡忡地说，“更何况从封土顶端到椁室底部总高15米，而这个盗洞已深达14.8米！”此刻，墩墩山汉墓的发掘已进展到最为关键的时刻，兴奋、好奇、担忧、紧张等诸多情绪如潮水般一齐涌向了他。
厚重的椁板就像通往神秘地下世界的大门。随着杨军一声令下，所有考古人员开始拆除椁板和隔板。“这么多随葬品！”当最后一块隔板被撬开后，发掘现场发出了一片欢呼声。椁室里有大量的积水，密密麻麻的随葬品或漂浮在水面，或浸泡在水里。长期以来的忧虑和劳累仿佛在这一刻得到了释放，发掘现场每个人的眼睛都亮了。
这是一个“回”字形的开阔椁室，墓门中央正对着面积约70平方米的主椁室，四周则环绕着回廊形藏閤，有过道相隔。椁室设计严密、结构复杂、功能明确，是西汉中晚期列侯等级墓室的典型标本。而位于椁室正中间的主椁室结构却大大出乎杨军的预料：南北向的甬道将主椁室分成东西两室，甬道两侧有屏风，南端出口与墓道相连。棺柩并没有按常理放在墓中央，而是位于东北角，椁室四角皆有大量陪葬物，唯有正中间的甬道却空置着。