Пещеру надо было исследовать постепенно, квадрат за квадратом, слой за слоем, ни в коем случае не перемешивая их. Окладников фотографировал каждую найденную кость, каждое орудие там, где их находили, все тщательно зарисовывал и записывал. Экспедиция работала до тех пор, пока не вскопала все до конца и не добралась до скального основания.
Самые ценные находки были сделаны в первом культурном слое. Вначале, когда снимали ножами мягкую желтую глину, в ней встречались кусочки окалины. А когда углубились, то в пещере каждую минуту стали раздаваться возгласы: "Суяк!" (кость), "Якши таш!" (хороший камень).
Окладников продолжал рисовать - число находок все росло. Прежде всего его удивляло, что здесь очень много костей и почти все они принадлежат животному одного вида - сибирскому горному козлу Capra siblrica. Вполне логичен был вывод, что охотники из Тешик-Таша убивали их в окрестностях пещеры и разделывали в жилище.
Приближалась минута, когда Окладников сделает открытие, которое прославит пещеру Тешик-Таш.
Во второй половине дня 4 июля 1938 года у западной стены пещеры Окладников нашел череп человека. После двадцати дней раскопок удалось наконец обнаружить останки человека из племени охотников за горными козлами. С величайшей осторожностью череп был освобожден от глины. Но извлечь его удалось только на следующий день: он был расчленен примерно на 150 кусков.
Ученый сразу определил, что череп принадлежал мальчику восьми-девяти лет, однако сначала не поверил, что перед ним останки юного неандертальца, хотя именно об этом говорил тип каменных орудий. Но когда в руках Окладникова оказалась характерная лобная кость, он уже не сомневался, что это череп человека середины каменного века, и стал искать нижнюю челюсть: неразвитый подбородок мог служить еще одним доказательством, что это неандерталец.
С величайшей осторожностью куски черепа очищали от земли, но нижней челюсти все не было. Зато обнаружились позвонки, ребра, ключицы, потом плечевая кость, кости бедра.
Остальная часть скелета была разрушена. На некоторых костях Окладников обнаружил следы работы грызунов. А нижнюю челюсть он нашел в конце концов еще сантиметров на двадцать глубже. Подбородок был неразвитым - таким, как он и ожидал. Это доказывало, что скелет действительно принадлежал неандертальскому мальчику.
Окладников ясно представлял себе большое научное значение этого открытия.
Во-первых, скелет неандертальского ребенка был относительно полным. Такие находки вообще редки, их можно пересчитать по пальцам: пещера Шипка - 1880 год (обломок передней части нижней челюсти ребенка восьми лет), Ла Феррасси - 1909 - 1912 годы (детские кости), Ла Кина - 1915 год (череп восьмилетнего ребенка без нижней челюсти), Эрингедорф - 1916 год (в числе других ископаемых находок - нижняя челюсть десятилетнего ребенка), Киик-Коба - 1924 год (плохо сохранившийся скелет ребенка в возрасте около года), Гибралтар - 1926 год (череп ребенка примерно десяти лет), Схул 1932 год (череп и остатки скелета ребенка трех-четырех лет) и Кафзех 1934 год (кости ребенка).