王国维（1877-1927）可以作为这一时期的代表人物。当1909年罗振玉编《敦煌石室遗书》时，他就译出斯坦因《中亚细亚探险记》。以后，他又翻译了伯希和《近日东方古言语学及史学之发明与其结论》（《观堂译稿》，1919），特别推崇后者所论敦煌迄于阗古代通行伊兰语的观点。他和罗振玉在接到沙畹寄送的《斯坦因在东突厥斯坦沙漠中发现的汉文文书》稿本后，即着手考释这些敦煌、罗布泊、尼雅等地出土的汉晋简牍，最后辑成《流沙坠简》（1914；增订本，1934）。他还根据日人狩野直喜所录伦敦藏敦煌写本，撰有一系列跋文（1919）；并且在沙畹和伯希和关于摩尼教长文的启发下，撰《摩尼教流行中国考》（《亚洲学术杂志》11，1921），于前人论说有所补正。由这些新史料出发，王国维利用他提出的二重证据法，写出了一系列重要的西域史论文，如《西胡考》（1919）、《西域井渠考》（1919）、《高昌宁朔将军麴斌造寺碑跋》（1919）、《书虞道园高昌王世勋碑後》（1919）、《西辽都城虎思斡耳朵考》（1925）、《鞑靼考》（1925）、《辽金时代蒙古考》（1925），并著《古行记校注》（1925）、《蒙古史料校注四种》（1926，以上均见《王国维全集》）。从两汉到元明，西域史上许多重要问题王国维都接触到了。王国维的西域史研究，既直接继承了清朝以来西北舆地之学的传统，又吸收了西人在新疆、甘肃等地的考古学成绩，因此较徐松为代表的清朝学者更高一筹。他的成果不仅为国人奉为经典，而且也受到伯希和这样的海外中亚学者的重视。
    另一位开风气的学者是陈寅恪（1890-1969）。他早年长期游学欧美，除通晓西方现代语言外，又遍读与中国相关的各种东方语言，加上他对中国古籍的深厚功底，使他在回国后的1926-1930年一段时间里，也为西域史研究做出了贡献。在此期间，陈寅恪发表的有关文章如下：《大乘稻芊经随听疏跋》（1927）、《有相夫人生天因缘曲跋》（1927）、 《童受〈喻鬘论〉梵文残本跋》（1927）、 《忏悔灭罪金光明经冥报传跋》（1928）、《须达起精舍因缘曲跋》（1928）、《敦煌本十诵比丘尼波罗提木叉跋》（1929）、 《元代汉人译名考》（1929）、《大乘义章书后》（1930）、 《敦煌本维摩诘经文殊师利问疾品演义跋》（1930）、《灵州宁夏榆林三城译名考》（1930）、《吐蕃彝泰赞普名号年代考》（1930）、《敦煌本唐梵翻对字般若波罗蜜多心经跋》（1930，以上均收入《金明馆丛稿初编》及《二编》）。
    在王国维和陈寅恪的史学研究中，西域史研究只是其中的一部分，但他们综合中外史料、胡汉文献以及考古材料的研究方法，给以后的西域史研究以强烈的影响。
    二三十年代是近代中国学术发展的一个高潮阶段，西域史研究也同样产生了一批重要的成果。陈垣（1880-1971）对中西交通史的研究，特别是外来宗教的讨论，澄清了许多外来宗教在西域的流行以及西域人来华等问题。他的主要论著有《元也里可温教考》《东方杂志》 15 ，1918）、《火祆教入中国考》（《国学季刊》1∶1，1923 ）、 《摩尼教入中国考》（《国学季刊》1∶2，1923）、《元西域人华化考》（《国学季刊》1∶4，1923；《燕京学报》2，1927）、 《回回教入中国史略》（《东方杂志》29∶1，1928）。 另一位中西交通史专家张星烺（1888-1951），分类汇辑了中外史籍中的有关材料，编成六册《中西交通史料汇编》（辅仁大学图书馆，1930），其中中亚一册，实为西域史料的一次系统整理。冯承钧（1887-1946）除在翻译法人西域史研究论著中附加大量自己的考证外，还写有《楼兰鄯善问题》（《辅仁学志》8∶1， 1932）、《鄯善事辑》（《国立华北编译馆馆刊》2∶10，1943）、《高昌城镇与唐代蒲昌》（《中央亚细亚》1 ∶ 1 ，1942）、《高昌事辑》（《国立华北编译馆馆刊》2∶9，1943）、《辽金北边部族考》（《辅仁学志》8∶1，1939）等论文，为鄯善和高昌国史的研究，奠定了史料基础。向达（1900-1966）的《唐代长安与西域文明》（《燕京学报》专号，1933），系统探讨了西域文明对中原文化的影响。他还著有《汉唐间西域及海南诸国古地理书叙录》（《北平图书馆馆刊》4∶6，1930），实为其后来整理西域史书的先声。此外，张凤《汉晋西陲木简》（有正书局，1931），考释了斯坦因第三次中亚考察所获敦煌和尼雅等地的简牍文书。曾问吾《中国经营西域史》（商务，1936）〔1〕，则从中原王朝的角度，全面考察了西域史， 但重在近现代史。还值得一提的是，40年代，邵循正（1909-1973）据布洛舍（E.Blochet）刊剌失德丁波斯文《集史》，译出若干篇，兼做考释（后收入《邵循正历史论文集》，北京大学，1985），惜未能继续。
    总体来看，这一阶段的研究取得不少成绩，但不少有分量的论著主要的着眼点是中西交通史，西域的史事只是连带论及。对某些汉籍做了专题整理，但于出土文献利用不多。由于其时研究者专业还没有严格的确定，所以对西域史的研究尚不系统全面，但其突出的一个成就是把中文史料做了许多分类整理。
    值得一提的是，1927-1935年中瑞西北科学考察团的中方成员黄文弼（1893-1966），在此期间曾先后三次前往新疆做考古调查和发掘，足迹遍及塔里木盆地周边重要的遗址，而重点发掘了罗布泊地区、吐鲁番盆地，以及库车、和田的墓葬、城址、寺院、石窟等。在野外考古工作结束后，黄文弼先后出版了考古报告《高昌》（中国学术团体协会与西北科学考查团，1931）、《罗布淖尔考古记》（国立北平研究院史学研究所与中国西北科学考查团理事会，1948）；但对于西域史研究更为重要的发现，则由于种种原因而迟至解放后才整理出版，即《吐鲁番考古记》（中国科学院，1954）、《塔里木盆地考古记》（科学，1958）。因此，除高昌外，他的考古学成果没能很快反映在同时代的西域史研究中。黄文弼还根据考察所得，撰写过一些专题研究论文，尤其重在一些考古遗址和古籍记录的对证上。这些文章已汇辑为《西北史地论丛》（上海人民，1981）和《黄文弼历史考古论集》（文物，1989）。