《蒙古山水地图》手卷局部，从右至左：首，嘉峪关；尾，“戎地面”。从地理位置看，“戎地面”似指埃及古港口——贝勒尼斯，与天方国古港口“秩达”（今沙特阿拉伯吉大港）隔红海相望。

2004年初，购回手卷的拍卖公司辗转找到北京大学考古文博学院研究古代丝绸之路的学者林梅村教授，双方一拍即可，达成了专题研究协议。林梅村欣然接受委托，开始着手研究这件“青绿山水手卷”。

随后北京论坛于2004年8月召开，林梅村在“东亚古代文化的交流”考古分论坛论上做了题为《明代中叶<蒙古山水地图>初探》的报告，正式将他的研究成果公布：

第一、地图中出现嘉峪关，年代必在嘉靖三年始建嘉峪关以后，但是该图不见长城第一墩“永兴后墩”，则年代早于嘉靖十八年。故知成图年代大致在嘉靖三年至十八年之间（1524－1539），也就是明代中叶。

第二、从艺术手法看，这幅山水地图颇受明代中叶吴门画派影响，以表现青绿山水、高山大川为主；气势恢弘，尺幅巨大。耐人寻味的是，地图上的嘉峪关竟然和吴门四大家之一仇英（1498－1552）的画作《归汾图》所绘临汾城楼如出一辙，显然使用的是同一粉本。

第三、我们发现这幅古地图有两个明嘉靖年间的刻本。其一为《西域土地人物图》，收入明儒赵廷瑞、马理等人纂修《陕西通志》嘉靖二十一年（1542）刻本；其二为《西域图略》嘉靖八年（1529）刻本，收入无名氏《陕西四镇图说》万历四十四年（1616）刻本。从这两个嘉靖刻本看，我们所见《蒙古山水地图》只是这幅古地图的三分之二，地理范围从嘉峪关到天方（今甘肃酒泉到沙特阿拉伯的麦加），一共211个西域地名；另外三分之一被人剪裁，地理范围从天方到鲁迷（沙特阿拉伯的麦加到土耳其的伊斯坦布尔）。由此推测，《蒙古山水地图》原图的地理范围从甘肃嘉峪关到土耳其的伊斯坦布尔，长达40米，很可能是明宫藏图。

最后，林梅村给予这幅地图价值极高的评价：“《蒙古山水地图》的发现相当重要，首次向人们展示了明代中叶中国人丰富的世界地理科学知识。这幅地图足以和巴黎国立图书馆东方部藏欧洲中世纪《加泰罗尼地图集》（Catalan Atlas，1375）、北京中国第一历史档案馆藏明洪武二十三年《大明混一图》（1389）、京都龙谷大学大宮图书馆藏朝鲜李朝太宗二年《混一疆理历代国都之图》（Kangnido，1402）相媲美，说明16世纪初中国人的世界地理知识仍处于国际领先地位。”

2011年，林梅村20余万字的同名专著《蒙古山水地图》由文物出版社出版，其中也收录了地图全貌。在专著中，林教授通过考据进一步扩展此前的结论，另外发现此地图除了两个刻本之外，还有一个明代彩绘本《西域土地人物图》，收入嘉靖抄绘本《甘肃镇战守图略》。