Udgravningen blev indledt i juli 1941, og man valgte at anlægge et snit tværs gennem højen og systematisk grave store dele af højfylden bort. Den daglige arbejdsstyrke var på omkring 45 mand; alligevel tog det næsten fire måneder at nå højens bund. Undervejs blev der fundet brudstykker af vogne, bærebøre og forskellige slags spader af egetræ. Arbejdet fortsatte ind i oktober og blev først afsluttet i sommeren året efter. Lederen af udgravningen Ejner Dyggve skønnede, at der blev kørt 135.000 trillebøre jord ud af højen. Trods denne enorme indsats blev der ikke fundet en grav, hverken i eller under højens centrale parti. Til gengæld fandt man komplicerede konstruktioner af træ, der så ud til at have spillet en rolle under opførelsen af højen.

Allerede i 1861 var udgraverne stødt på store sten i Sydhøjen. I 1941 dukkede nye bautasten op, og mystikken bredte sig. Det viste sig, at de næsten mandshøje sten ikke var tilfældigt anbragt på stedet. Tværtimod stod de systematisk placeret på to lige rækker og udgjorde dermed et selvstændigt monument, som var rejst, før højen blev opført. Ejnar Dyggve fremsatte den teori, at de nyfundne sten udgjorde resterne af et stort trekantet, spidsvinklet helligområde, et såkaldt ”Vi”, der i den brede ende var afsluttet af Nordhøjen. Halveringslinien for vinkelen mellem de to stenrækker passerede midterpælen i Sydhøjen, Harald Blåtands store runesten og gravkammeret i Nordhøjen. Disse iagttagelser bragte øget interesse for området i og omkring de to høje.

Efter den detaljerede undersøgelse af højmidten stod det klart, at Sydhøjen ikke var opført som et egentlig gravsted, men som et monument, hvis funktion ikke ikke kunne fastslås med sikkerhed. Udgraverne konkluderede, at Kong Gorm den Gamle måtte være begravet sammen med Dronning Thyra i Nordhøjens gravkammer.