1942年，春末，他決定舉家赴敦煌臨摹壁畫。在敦煌的生活是艱苦的，惡劣的氣候條件，再加上住在與世隔絕的石洞子裏對於壹般人是無法忍受的，但對於壹個藝術家卻可能是有益的。
大千在此時畫風為之壹變，他善用復筆重色，筆力也變得豐厚濃重。可以說在敦煌時期對他風格形成起到了至關重要的作用。
他不僅考察莫高窟的壁畫佛像，還對莫高窟進行了編號，成為了為莫高窟編號的第壹人，為保存文化遺產做了積極的貢獻。他還到達青海西寧，邀請藏族畫師***同赴敦煌協助臨摹工作。為尊重他人勞動成果和對摹品的負責，每幅畫上都註明了畫家的名字，凡與他合作也註明了作者的名字，所以在他許多臨摹的敦煌壁畫中都標有"番僧某某同畫"。
兩年後他結束了在莫高窟的臨摹工作，同時開始了對安西榆林窟的臨摹工作。
在離開莫高窟後，他花了大量時間對十六國、北魏、北周、隋、唐、五代、宋、西夏、元各朝的壁畫代表作及雕塑進行了臨摹，***有摹品***記三百多幅。
這壹年八月，《張大千臨摹敦煌壁畫展》在蘭州舉行，隨後在成都等城市展出深受好評，第二年三月，他被推選為中華全國美術會理事。四月，四川美術協會出版了《張大千臨摹敦煌壁畫展覽特集》、《敦煌臨摹白描畫》，算是對這壹時期成果的肯定。