1941年初夏，張大千來到莫高窟，對石窟進行實地考察，并臨摹了大小276幅壁畫。

當時有很多洞窟被沙堵了，張大千就出錢請人小心地把沙刨開，或是挖個洞鉆進去臨摹。洞里很黑，臨摹時點上蠟燭，有時一手拿蠟燭一手畫畫，還要登上爬下，冷天凍得手連筆都拿不住，經常是一頭沙土，一身顏色。張大千對臨摹的畫要求嚴格，不合格的一律返工。

張大千臨摹的壁畫，把顏色都復原了，畫出來的就跟新的一樣，非常鮮艷，甚至壁畫上不好的地方他都給改好了。

張大千不辭荒漠風沙之苦，夜以繼日，經年累月，架云梯、攀高壁，奮臂摹畫，單是石青、石綠，就消耗了千百斤。張大千自籌川資，在兩年多時間里，白天在石窟中苦苦面壁，夜晚宿在破廟里。據悉，其一切費用高達5000多兩白銀，入不敷出，負債累累，不得不忍痛割愛，將自己珍藏多年的古畫賣掉，維持用度。有些人不理解，認為哪里不能追求藝術，卻偏偏要跑到西北大沙漠去，自討苦吃。張大千從不介意，一笑了之。他去敦煌時43歲，正是精力旺盛之年，但歷經近3年的風霜之苦，歸來時，倍顯蒼老，長長的胡須已經花白。

1943年8月中旬，“張大千臨撫敦煌壁畫展覽”和“張大千畫展”在蘭州開幕。1944年1月和5月，“張大千臨撫敦煌壁畫展覽”又先后在成都和重慶展出。著名書法家沈尹默先生觀看后，欣然題詩相贈：

三年面壁信堂堂，萬里歸來須帶霜。

薏苡明珠誰管得，且安筆硯寫敦煌。

張大千臨摹的敦煌壁畫，現收藏在四川博物院。