Fue en 1978 cuando se abordó la limpieza de los derrubios depositados por la erosión al pie de la Gran Dolina y la Trinchera del Ferrocarril.
Entre 1980 y 1981 comenzó la excavación de los dos rellenos, bajo la dirección del paleontólogo Emiliano Aguirre.
En 1982 se excavó Galería, realizándose catas en el nuevo yacimiento de Zarpazos, e instalándose un sistema de cuadrícula aérea. Aparecieron cinco niveles con industria lítica y fauna.
Lo que iban apareciendo eran suelos de ocupación humana, diferentes niveles de tierra que en tiempos remotos habían sido suelo de la cueva, donde seres humanos habían llevado a cabo sus actividades.
Las excavaciones de Atapuerca estaban empezando a consolidar un decisivo giro en la forma en que se concebía una excavación, cuyo referente constante iba a ser el concepto de “espacio antrópico”, una zona usada por seres humanos para su provecho, que origina una capa de tierra que esconde huesos y herramientas de piedra relacionados entre sí y por lo común coetáneos.
Así pues, los huesos y herramientas de piedra no se encontraban dispersos en todo el espesor de las capas de sedimentos, sino acumulados en determinados planos. En ellos aparecían huesos de animales, a veces con las características señales de descarnación provocadas por los filos de piedra, junto con cuchillas y otras industrias líticas que probablemente sirvieron también para tal menester. Así se formaron los niveles repletos de fauna e industria lítica, si bien las pruebas iban poniendo en evidencia que las cuevas habían sido usadas intensamente y con el paso de los años se dejaron de utilizar.
En 1984 se inició el montaje de una cuadrícula, un sistema para dividir el terreno de la Sima en cuadrados de 50 cm de lado, a fin de identificar la procedencia de los fragmentos mediante dicho método arqueológico.
Esta cuadrícula quedó establecida gracias a alambres tensos fijados en las paredes de la cavidad. Se tuvieron que perforar manualmente los orificios de los anclajes, pero ello facilitó la colocación de plomadas espaciadas medio metro, de manera que la cavidad completa quedó dividida en parcelas de un cuarto de metro cuadrado.
Era preciso estudiar detalladamente la estructura geológica del yacimiento, que estaba oculta por el revuelto de arcilla y huesos producto de las lamentables actividades anteriores de aficionados y furtivos. Hubo que extraer unas 6 toneladas de material, y los miembros del equipo de Atapuerca se vieron forzados a cargar muchísimos macutos de espeleología con 25 kg a la espalda de los huesos, piedras y sedimentos, que eran sacados a la superficie manualmente, llegando a hacer hasta tres viajes diarios, arrastrándose por las galerías y rampas con una enorme humedad hasta salir al exterior.
Pero esa ingente cantidad de kilos de arcilla y bloques, mezclados con miles de huesos, principalmente de osos y humanos, iba a dar sus frutos.
Los primeros años, la inmensa mayoría de huesos correspondían a osos (Ursus Deningeri), que en número de hasta 160 se habían despeñado por la trampa natural constituida por la sima de 14 metros de profundidad.
Pero de repente empezaron a aparecer restos humanos muy fragmentados por la acción de los aficionados. Aparecían abundantes fragmentos de cráneo, pero faltaba casi por completo la zona de la cara, que es el área que desaparece más fácilmente.
También se encontraron numerosos dientes humanos, que irían aportando cada vez mayor información y sorpresas.
En 1987, el número de fósiles humanos extraídos de la Sima de los Huesos alcanzó la cifra de 200.
Se constató que estos restos eran de Homo Heidelbergensis, los precursores del Hombre de Neandertal.
No obstante, pese al estado de conservación casi perfecto de los huesos de la Sima, éstos se hallaban muy desmineralizados, lo cual, sumado a la ausencia de proteínas, los hacía muy frágiles. El equipo de investigación de Atapuerca los sometió a un tratamiento especial de refuerzo posterior a su limpieza, consolidando su estructura con productos plásticos hidrosolubles, e intentando sacar el máximo partido al carácter higroscópico de los huesos antiguos.
El laboratorio de investigación se convertía en epicentro de actividad cuando, al volver de la excavación, se intentaban recomponer los huesos a partir de sus fragmentos, hallados por separado. Resultaba imprescindible sacar todos los fósiles de los años precedentes y constatar, junto a los últimos descubiertos, si era posible encajarlos tomando como referencia principalmente sus zonas de fractura, con la enorme dificultad y horas de trabajo y estudio que ello conlleva.
La labor primigenia es identificar la correspondencia de cada fragmento con un hueso concreto, ya que la forma de cada parte ósea del cuerpo humano es distintiva. Si se conoce con precisión la anatomía humana y se ha desarrollado una memoria visual es posible reconocerlos como pertenecientes a partes concretas del esqueleto.
Así fue como se reconstruyeron en laboratorio los cráneos 1, 2, 3 y 6, con piezas extraídas durante años en distintas campañas de excavación.
