实现机械化出土运输，出土量较以前几十倍地增加。在挖开第三道探沟后的一个多月，终于在两侧发现了由大石条垒砌的墙壁痕迹，然后逐渐出现两道完整的大墙。考古队及时做出判断：这是帝后入葬的最后一段甬道，或曰“石隧道”。隧道由“砖砌”变成“石砌”，这是明显的升级，虽然隧道有些弯曲，但是他们没有走弯路，地宫就在前面。长期紧张的神经本可以稍稍松弛，然而打开地宫，进入地宫，文物的清理工作将会更复杂更艰巨，工作队又须做出各色各样的设想分析与推断：如果尸体未腐怎么办？器物半朽不朽怎么修整？有些迹象稍显即逝又如何及时记录拍照？……这不仅是对年轻的考古队的考验，也是对我国考古水平的考验，必须在乱麻中理出几条，每个人必须做具体准备，大会小会、人员、工具、药剂……白天宝顶上卷扬机、矿车轰叫，入夜来木板房内烛光通宵达旦……
几个月后，石隧道终于全部显露出来，它由南北两道大墙构成，呈东西走向。东端略向南弯曲，距砖隧道虽近，但并不衔接，也不完全相对。大墙除顶部及两端接近金刚墙部分，使用少量城砖外，其余为花斑石做成。这些花斑石都经过仔细地研磨和加工，光滑平整，色彩绚丽。整个隧道呈斜坡形，自东向西，由浅入深，隧道两壁花斑石，亦由一层递次增多至十七层。全长为40米，两墙中距8米。发掘前全部由黄土填满，都经过夯打，夯面有极为细薄的石灰一层，夯土在填满隧道后，即高出墙壁而直达地面。在发掘中，隧道两侧发现了部分木柱残迹，这可能是棺椁入葬时的临时设备。
第三条探沟位置与石隧道示意图
在开始计划使用机械化发掘时，曾引起不少人窃窃私语，即使学术界上层人士也有两种不同的意见。纵观世界以科学考古为内容的发掘古墓或遗址，都是用镐、锨、锹等工具完成的。从中国殷墟的发掘，山顶洞人头盖骨、三角缘神兽镜的出土，到著名的叙利亚巴尔米拉古城遗址、苏联阿尔泰山北侧的巴泽雷克墓群、古巴比伦帝国遗址的伟大发掘，都是靠人力工具完成的。而定陵首次打破这一常规，会不会破坏墓道的遗迹？这是一种创造还是对文化的摧残？经过一阵纷纷扬扬的议论，最后还是夏鼐拍板：使用机械，仅仅用于向外运土，毫不损伤遗迹遗物。工业文明已经崛起，我们当然不能墨守成规。既然人类创造了工业文明，我们就应大胆而科学地利用。
事实证明这个决定是正确的。第三道探沟[1]的出土，在毫不损伤墓道遗迹的同时，为加速打开地宫赢得了时间。若干年后，人们才明白启用机械化发掘的一个潜藏在心底的秘密，如同作战一样，他们是想把打开地宫后清理文物这一最为重要的环节，抢在一个不冷不热又比较湿润的季节完成，这对保存、保护文物最有利。但是有一点却是他们没有料到的，那就是政治形势的急剧变化。如果地宫不能迅速打开，一年之后，就容不得他们这些人在此停留片刻了。无论他们对此多么留恋，甚至痛心疾首，命运注定要将这座地下宫殿交到另一班人的手中。是福是祸，只有凭这后一班人定夺了。
石隧道中也很有收获。在40米长、20米深的隧道里，赵其昌、白万玉仔细地察看着巨石的结构和一切可疑的迹象。在离沟底两米多高的花斑石条上，发现了墨书字迹，擦去上面的尘土，字迹清晰可辨。其内容多是记载月、日、姓名、籍贯、官职以及石质的优劣等。他们详细地记着上面的一切记载：
四月廿六日管队金虎下口
廿六日刘精
山东胡西儿
中都司金离西四月廿五日
五军八营三司二队王宝下
四月有七日
…………
墨书的位置和结构极不工整，颇似顺手涂抹而成，有的地方还出现“画押”字样。经分析认为，这些墨迹当是石料的验收人员所书，从墨迹所示官职看，大部分属于军职人员。文献记载：“万历十八年正月癸丑，巡视京科道官洪有复等奏言，寿宫做工班军，人多工少……”可见当时的陵工大都用班军，隧道石上所留墨书字迹，证明了这一点，文献与遗迹吻合。
石隧道两侧花斑石上墨书摹本
注释：
[1]第三道探沟：用机械出土，在中国考古学史上是首次。探沟中时常出现用砖垒成的方垛。这是当时造陵时用夯夯平填土的水平标志，发掘时部分被保存着。砖垛用城砖两横两竖，上下排列不用灰浆，砖垛有至三四层不等。第三探沟展宽时两侧显露出石砌大墙，即石隧道，石隧道的两端接近砖隧道的尽头（两隧道不紧密相接），东端斜坡走向深处，到尽头便是横向的金刚墙。