這年夏天，李四光又在大同西南約20公里的口泉附近發(fā)現(xiàn)了一條東西走向的山谷，長(zhǎng)約數(shù)公里，谷身橫切面呈U形。李四光被這一特殊地貌吸引住了。他顧不得烈日當(dāng)頭，立即走進(jìn)了神奇的山谷。山谷中散布著片麻巖、片巖、玄武巖和巨大石塊，谷底為砂巖。經(jīng)過仔細(xì)觀察后李四光斷定，山谷中散布的這些帶擦痕的巨大石塊和卵石是由冰川造成的，這個(gè)山谷是典型的冰川U谷。

李四光把這兩次觀察到的現(xiàn)象作為重要的課題進(jìn)行研究，撰寫了一篇題為《華北晚近冰川作用的遺跡》的報(bào)道，文章完全否定了外國(guó)地質(zhì)權(quán)威一貫認(rèn)為的中國(guó)大陸不存在冰川的觀點(diǎn)，引起了國(guó)內(nèi)外地質(zhì)地理界的廣泛重視和爭(zhēng)論。

1922年，北京大學(xué)建校25周年，為了擴(kuò)大學(xué)校的影響和取得社會(huì)上的支持，校長(zhǎng)蔡元培主張借校慶之機(jī)展示一下北大辦校的成績(jī)。李四光負(fù)責(zé)地質(zhì)部分的展覽工作，他領(lǐng)著學(xué)生把各種礦物、巖石、化石標(biāo)本以及學(xué)生的報(bào)告、論文等分門別類地展示在地質(zhì)系的各個(gè)教室里。這也是中國(guó)首次舉辦的內(nèi)容豐富多彩的地質(zhì)科學(xué)展覽。從12月開始，北京大學(xué)的各個(gè)研究所、實(shí)驗(yàn)室、圖書館全部開放，前來參觀的人數(shù)不斷增加，校慶活動(dòng)搞得簡(jiǎn)樸、熱烈又隆重。

1931年夏，李四光以北京大學(xué)教授的身份帶領(lǐng)學(xué)生到江西的廬山實(shí)習(xí)。廬山位于長(zhǎng)江南岸鄱陽湖邊，山姿挺拔峻秀。李四光根據(jù)廬山的地形，先帶著學(xué)生從西南向東北依次考察各個(gè)時(shí)期地層的分布和構(gòu)造情況，接著又下到山麓察看了東西兩側(cè)斷層造成的峭壁。結(jié)合實(shí)地觀察，李四光給學(xué)生們講解了廬山巍峨屹立的地質(zhì)原因。他生動(dòng)形象的講解，在同學(xué)們的心中繪出了一幅廬山地質(zhì)概貌的圖畫。

這一次，李四光還領(lǐng)著學(xué)生登上廬山的含鄱嶺。師生們都被眼前美麗的景色吸引住了。李四光環(huán)顧著白云掩映中的一座座青山，突然，他的目光停在了一條山谷里。他尋路下到谷底，發(fā)現(xiàn)這里的山谷非常平緩，而兩側(cè)的巖坡卻很陡峭。谷底淡紅色的黏土中夾雜著許多大大小小的石塊和礫石。礫石的表面上隱約還能看到一些模糊的刻痕。這一切都給李四光留下了深深的疑問。這里是不是發(fā)生過冰川呢？李四光又開始思考這個(gè)問題。要證實(shí)自己的這一理論，就必須找到更確切的證據(jù)。

第二年的暑假，李四光再次來到廬山。他在廬山一住就是3個(gè)星期，每天早出晚歸，實(shí)地勘察了廬山的每一個(gè)山峰和谷地，得到了大量的證據(jù)。暑假結(jié)束后，李四光回到研究所，把這次野外調(diào)查的資料進(jìn)行分析整理，最后得出一條結(jié)論：廬山在第四紀(jì)地質(zhì)時(shí)期，至少經(jīng)過了兩次冰期，最后一次冰期歷時(shí)最長(zhǎng)。李四光又結(jié)合廬山地區(qū)和江南其他地區(qū)的觀察結(jié)果，得出了一條非常重要的意見：中國(guó)第四紀(jì)冰川主要是山谷冰川，只有山谷冰川特別發(fā)育的山區(qū)，才有山麓冰川發(fā)生。這一意見，為以后第四期冰川的研究工作找到了打開第一道奧秘之門的鑰匙。

1936年，李四光又登上黃山進(jìn)行考察，這一次他有了更大的發(fā)現(xiàn)。他根據(jù)考察的結(jié)果寫成《安徽黃山第四紀(jì)冰川現(xiàn)象》一文，連同拍攝的照片一同發(fā)表在《中國(guó)地質(zhì)學(xué)會(huì)志》上，再次引起了國(guó)內(nèi)外地質(zhì)學(xué)界的重視和好評(píng)。至此，李四光對(duì)中國(guó)第四紀(jì)冰川地質(zhì)的研究成果，作為一個(gè)范例，得到了地質(zhì)學(xué)界的廣泛承認(rèn)。