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桑志华和德日进从张家口回到天津后，便着手准备亲赴泥河湾考察之事。不久，德日进接到巴黎来函，法国地质学会请他回国担任会长。德日进对自己失去一次实地调查的机会深感遗憾，便向桑志华推荐时任燕京大学教授的英国地质学家巴尔博（G B Barbour）一同前往。巴尔博正为没有收集到足够的博士论文资料发愁，对此邀请欣然接受。于是桑志华、巴尔博二人于1924年9月中旬前往泥河湾村。短短三天的考察，他们便发现了泥河湾一带的地层极具代表性，有着非常重要的科学价值，需要持续认真地进行观察，发掘和研究。从此，桑志华便与泥河湾结下了不解之缘。随着他在这一带的频繁的活动，中外学者对泥河湾盆地的科学研究便正式拉开了帷幕。
这里我们有必要介绍一下当时我国考古活动的情况。说到考古，可谓古来有之，过去叫金石学。早在北宋时期就已相当发达，出现过很多金石学家及其著作。比如欧阳修著有《集古录》，赵明诚、李清照夫妇著有《金石录》，吕大临著有《考古录》等。到了清代，金石研究之风尤盛。许多历史学家，如顾炎武、钱大昕、吴大徵等运用金石资料考经补史，取得了显著成就。及至近代，西方的自然科学、社会政治学说包括田野考古学从20世纪初传入中国。这种考古学主要是通过田野发掘，对遗址遗物进行地质学、古人类学、生物学等多学科的综合性研究。
自从1840年鸦片战争以后，积贫积弱的满清王朝逐步走向衰亡，主权丧失，门户洞开。一些外国的冒险家打着科学、探险或传教的幌子，深入中国的新疆、西藏、甘肃、内蒙古一代从事掠夺抢劫文物的活动 。
1911年辛亥革命后，随着西学东渐，中国知识界开始觉醒，帝国主义的劫掠行径在一定程序上受到遏止。此时来华的西方学者，传教士中，除了上述的文化帝国主义者外，还有一些地质学、古生物学及地理学等自然科学方面的专家。他们在从事科学考察或传教的同时，也进行了一系列的考古发掘活动 ，成为中国近代考古学的先声。其中安特生、桑志华、德日进等的考古发掘和研究最有贡献 ，与那些文化帝国主义者的掠夺迥然相异。
桑志华是最早来中国从事地质和古生物学以及史前考古活动的外国学者之一。他和瑞典地质学家安特生（J G Andersson）不同，安特生是受中国北洋政府的聘请，作为农商部的矿政顾问来华，协助寻找铁矿和煤矿的。而桑志华则完全是出于个人的爱好，通过传教的途径来 解谜 的。他37岁的时候来到中国，到1938年5月13日应召返回法国，在中国整整25年。他以利玛窦为榜样，以利玛窦所著《天学实义》为座右铭，以传教为媒介，从事地质考古调查和研究，传播科学知识。据《河北大学史》（其前身即天津工商大学）载，桑志华从1913年开始到1925年的13年间，在华北地区 不间断地跋涉，历经了3万余公里，始终以持久的毅力进行工作，取得了前所未有的成绩：‘三万种之植物，三万五千种之特种木质性物，各种奇异难道之哺乳类及爬行类动物，二千种关于人类学及生物学最有价值之标本，七千种关于岩与矿质之标本，皆系沿途所得者。此外尤有一万八千基罗之第三及第四地层之动物骸骨，以及各种关于人类学、工商学、农学之报告。’整个调查工作分三步：首先，循序调查黄河流域与白河流域及直隶海湾，极力搜集各种材料以备研究地质、植物、动物、经济、人类等学之用。其次，刊行各种地质调查情形的著作以及专家的报告。最后，将所得各种研究地质学的资料分送欧洲各科学研究院及将在中国设立的科学研究院。
1925年桑志华先后四次考察泥河湾，足迹踏遍了整个泥河湾盆地。1926年9、10月间，他又陪同二度来华的德日进到泥河湾进行调查。他们确认了分布于盆地的丰富沉积物的重大科学意义，认为非常接近欧洲意大利的维拉弗朗地层。他们大量收购化石送回天津北疆物院。从此以北疆博物院为大本营，南屯和泥河湾教堂为工作站，在当地百姓和传教士的帮助下进行了孜孜不倦的调查和采集。1929年桑志华不顾劳累，先后4次赴各地考察，用他的话说叫 科学旅行 。其中一次就是于7、8月间再次赴泥河湾调查。德日进对他的评价是： 如果没有他坚持不懈的努力，我们对桑干河的动物群则仍然一无所知。
1927年桑志华获得法国政府颁发的十字勋章，不久荣任法国科学院院士。1938年应召回国后定居巴黎，1952年去世。
在纪念泥河湾遗址重大科学发现80周年之际，人们没有忘记缅怀他的功绩。