В конце октября 1933 года во дворе здания правительства (97) во время утренней зарядки провалился на глубину 6 метров один из красноармейцев. Петерсон приказал лить в провал воду. Лили полдня, но «колодец» оказался без дна, вода ушла неведомо куда. Пожалуй, этот провал стал последней каплей, переполнившей чашу терпения Р. А. Петерсона. Посоветовавшись с Енукидзе и получив его «добро», Петерсон пригласил в Кремль Стеллецкого (чья докладная из секретариата Сталина попала к Енукидзе), надеясь, что тот сможет выяснить причины возникновения провалов и трещин в стенах Арсенала, а заодно найдет и исследует загадочные подземные ходы.
Игнатий Яковлевич разработал план поиска библиотеки, предусматривавший проведение раскопок в Угловой Арсенальной башне, в Тайницкой и Троицкой башнях, в Успенском соборе и на Красной площади. Комендант одобрил план, и Стеллецкий приступил к работе.
Раскопки в Угловой Арсенальной башне начались 1 декабря 1933 года. Так как все входы в подземелье были замурованы, то спускаться вниз пришлось через пролом, устроенный еще Кононом Осиповым в XVIII веке. Все подземелье заполняли горы земли и мусора, среди которых еле виднелся полуразвалившийся колодезный сруб. На дне подземного хода, загроможденного досками, стояла вода.
Первые же дни работы привели к открытиям. Все историки, писавшие об Угловой Арсенальной башне и тайном ходе из нее, утверждали, что тайник перерезан столбом Арсенала. Начав пробивать замуровку тайника, Стеллецкий увидел — кирпичный свод его уходит целехонек за закладку. Оказалось, начало хода было заложено белокаменными глыбами на крепком растворе, причем замуровывали его не со стороны подземелья, а с противоположной.
Пока рабочие пробивали замуровку хода, Стеллецкий пытался разгадать, что же находится за другими замуровками, найденными в башне.
«Если подходить строго научным путем к делу, — писал он в дневнике, — непременно нужно все и вся размуровывать. Когда это строилось, то имело прямой смысл; потом оказалось лишним или нежелательным, и его замуровали. Если замуровано самое простое окно, будем по крайней мере знать, что окно. А если там таинственные ступени или какая-нибудь другая чертовщина? Ведь дело имею со средневековьем, в котором тайн было хоть отбавляй! Кто гарантирует, что не закрыл все эти отверстия 70 лет спустя после постройки башни сам Иван Грозный, чтобы принялись расчищать. Работа шла медленно, так как узкая брешь в замуровке позволяла убирать землю только в перекидку. Недовольный темпами работ и желая ускорить расчистку, Стеллецкий работал в одиночку, когда его помощники уходили на обед. Однажды он чуть не был погребен под громадными пластами грунта, рухнувшего сверху.