L'année 1901 voit naître à Hanoï l'École Française d'Extrême Orient (EFEO), dont l'objectif est d'étudier le patrimoine archéologique et linguistique de la région. Le sinologue Paul Pelliot (1878-1945) en fait partie. En 1905, il est choisi pour mener une mission française en Asie centrale, avec notamment comme destinations les oasis de Kucha (Koutcha) et de Dunhuang.
 
Paul Pelliot s'exprime couramment en chinois, ainsi qu'en plusieurs autres langues parlées en Asie centrale. Il est personnellement chargé des aspects archéologiques, historiques et linguistiques de la mission. Il est accompagné d'un médecin militaire, le Docteur Louis Vaillant, responsable de la topographie, de l'astronomie et de l'histoire naturelle, et d'un photographe, Charles Nouette. Ils quittent Paris en train le 15 juin 1906 et arrivent dix jours plus tard à Tachkent. De là, ils poursuivent par le chemin de fer local jusqu'à Andijan, lieu à partir duquel ils préparent matériellement leur expédition. Le 11 août, ils se mettent en route, avec deux cosaques et trente chevaux. Ils allaient voyager ainsi à cheval pendant plus de deux ans.
 

Leur première destination, à la fin août 1906, est Kashgar, où le Britannique Aurel Stein les a précédés au mois de juin. En six semaines de fouilles à Kashgar, Pelliot va recueillir de nombreux manuscrits. Il visite les sites des trois grottes et les ruines de Tegurman. Pendant son séjour, il apprend que les grottes bouddhiques de Kucha ont déjà été visitées, quelques mois plus tôt, par les Allemands, les Japonais et les Russes. Le 18 octobre, l'expédition repart vers l'Est, parcourt trois cents kilomètres et, après deux semaines, parvient aux ruines du site monastique de Tumshuk, où Sven Hedin était déjà passé, mais où Pelliot met au jour un sanctuaire bouddhique jusque-là ignoré. Le 15 décembre, départ pour Kucha, où la mission arrive le 2 janvier 1907. Laissant de côté les vestiges bouddhiques déjà visités par ses prédécesseurs, Pelliot concentre d'abord ses efforts, entre le 16 mars et le 22 mai 1907, sur le site de Douldour-Âqour, au sud de Kucha, près de Kumtura. Parmi ses découvertes, environ deux cents fragments en langue chinoise, ainsi que les premiers manuscrits en écriture brâhmî, tout ce qui restait de la bibliothèque d'un monastère incendié. Dans la région de Soubashi, au nord-est de Kucha, Pelliot recueille entre le 10 juin et le 24 juillet d'autres fragments, dont deux cent huit manuscrits rédigés en sanskrit (Udarnavarga) sur écorce de peuplier. À Saldirang, ce sont des permis de caravane et des lamelles de bois portant des inscriptions en tokharien B ou tokharien occidental, la langue disparue de Kucha.
 

Après avoir passé huit mois à Kucha, l'expédition passe par Urumqi puis se rend à Dunhuang. Elle y restera du 12 février au 7 juin 1908. La mission établit son campement au pied du site rupestre de Mogaoku, dresse le plan et explore les quelque cinq cents grottes communément appelées "Grottes des mille Bouddhas", ornées de peintures murales dont les plus anciennes remontent au IVe siècle. Stein, pourtant le premier Occidental à visiter ces grottes, n'y avait pas mené de recherches poussées, concentrant ses efforts sur la "Grotte aux manuscrits" (grotte 17). Pelliot et Nouette entreprennent d'inventorier méthodiquement l'intérieur de chacune des grottes de Mogaoku, procédant à des relevés épigraphiques et photographiques détaillés. Le 3 mars, Pelliot reçoit l'autorisation de pénétrer dans la grotte 17, où il découvre un entassement de plusieurs dizaines de milliers de manuscrits, essentiellement en chinois et en tibétain, mais aussi en sanskrit et en ouïgour, ainsi que de grandes peintures sur soie, sur chanvre et sur papier. Pelliot consacre trois semaines entières à l'examen de chaque rouleau de cette cache. Il y opère une sélection de textes religieux, profanes et locaux qu'il juge intéressants par leur nouveauté ou leur valeur linguistique. Il acquiert aussi des statues et des peintures sur soie.
 

En juin 1908, l'expédition reprend la route, et touche Xi'an le 28 septembre 1908. La mission s'y arrête un mois au cours duquel Pelliot fait l'acquisition de divers objets et peintures ainsi que d'un ensemble de plusieurs milliers de feuillets des estampages de la Forêt des Stèles (Beilin). Après avoir chevauché pendant presque deux ans, Pelliot et ses collègues peuvent reprendre le train à partir de Zhengzhou. Vaillant rentre aussitôt en France par voie de mer, avec les caisses contenant leurs découvertes, mais Pelliot et Nouette vont visiter et photographier des collections d'art, à l'invitation d'un grand collectionneur chinois. Pelliot retournera seul à Pékin, où il présentera sa sélection des plus précieux manuscrits à des chercheurs et érudits chinois. C'est grâce à lui que le monde savant de Pékin prend conscience de l'importance que revêt la découverte de la Grotte aux manuscrits de Dunhuang, et crée un comité qui fera pression sur le gouvernement, pour qu'il envoie ses représentants récupérer le reliquat des manuscrits de la grotte 17 (voir les collections chinoises). Avant de quitter la Chine pour la France, Pelliot consacre du temps à l'acquisition, pour la Bibliothèque nationale de Paris, de trente mille volumes destinés à constituer une véritable bibliothèque sinologique moderne.
 
Les trente mille volumes imprimés et l'ensemble des manuscrits rapportés de son expédition par Pelliot sont conservés dans les fonds de la Bibliothèque nationale de France. Les objets ont été déposés au Musée Guimet, qui est également dépositaire de toutes les photographies prises par Nouette, ainsi que des journaux de voyage de Pelliot et des autres archives.
 
Un site internet http://idp.bnf.fr/idp.a4d (International Dunhuang Project : La Route de la soie en ligne) permet désormais de rendre accessibles gratuitement sur Internet les informations et les images de tous les manuscrits, peintures, textiles et objets d'art provenant de Dunhuang et des sites archéologiques de la Route orientale de la soie. L'IDP vise également à encourager leur usage dans des programmes pédagogiques et de recherche.