Став очень богатым человеком, в 1871 г. он приступает к раскопкам холма Гиссарлык в северо-западной части Малой Азии, определив его как местоположение древней Трои. При этом Шлиман ориентировался на описания города Приама, данные в поэме. Его ждала удача: холм скрывал развалины, причём не одного, а целых девяти городских поселений, сменявших друг друга на протяжении по меньшей мере двадцати веков — двух-трёх тысячелетий.
Описанную в поэме Трою Шлиман признал в поселении, расположенном во втором слое снизу. Здесь он нашёл, по его мнению, Скейские ворота, башню, с которой Елена с троянскими старцами наблюдала за ходом сражений, дворец Приама и даже сокровища — «клад Приама»: великолепные золотые и серебряные украшения.
Затем, следуя указаниям поэмы, Генрих Шлиман провёл археологические раскопки в «злато-обильных» Микенах. В одной из обнаруженных там царских могил покоились — для Шлимана в этом не было никакого сомнения — останки Агамемнона и его спутников, усыпанные золотыми украшениями; лицо Агамемнона покрывала золотая маска. Среди многочисленных и богатых погребальных приношений было обнаружено великолепное оружие, достойное могучих героев.
Открытия Генриха Шлимана потрясли мировую общественность. Не оставалось сомнений в том, что поэма Гомера содержит сведения о действительно происходивших событиях и их реальных героях. Мифы не лгут, в них есть правда о далёком прошлом. Успех Шлимана воодушевил многих археологов. Англичанин Артур Эванс отправился на остров Крит искать резиденцию мифического царя Миноса и нашёл там прекрасный дворец Минотавра. В 1939 г. американский археолог Карл Блеген открыл «песчаный» Пилос, место обитания мудрого старца Нестора на западном побережье Пелопоннеса. Вновь восторжествовала правильность географических указаний поэмы. Но странное дело: количество открытий увеличивалось, а ситуация с Троянской войной и самой Троей становилась всё непонятнее. Уже Шлиман во время раскопок начал испытывать некоторое беспокойство. Когда же на Гиссарлыкский холм и в Микены пришли археологи-профессионалы, они установили, что город, принятый Шлиманом за Трою, существовал ещё за тысячу лет до Троянской войны. Могилы же в Микенах хранили останки людей, живших на несколько столетий раньше героев поэмы. После первых восторгов и возбуждения пришла очередь нового, ещё большего потрясения. Оказалось, что Шлиман открыл новый мир, неизвестную ранее цивилизацию, о которой ничего не знали даже древние греки. Этот мир был совершенно не похож на то, о чём рассказывали мифы и героический эпос.
Отказавшись от безусловного доверия к мифологической основе, некоторые историки тем не менее продолжают считать, что из неё всё-таки можно извлечь зёрна истины. Ведь автору поэмы действительно было известно местоположение важнейших политических центров Ахейской Греции II тыс. до н. э. Многие из описанных в поэме бытовых и военных реалий в деталях совпадают с археологическими находками. Например, найденный Шлиманом в Микенах «кубок Нестора»; «шлем из клыков вепря», принадлежавший, как говорится в «Илиаде», критскому герою Мериону; башнеподобный щит, прикрывавший всё тело героя; наконец, боевые колесницы, которых не знала классическая Греция. Значит, в устной традиции народа сохранилась память о давно прошедших временах и событиях, и поэмы зафиксировали её. Очевидно, достигшие процветания на рубеже XIII—XII вв. до н. э. государства греков-ахейцев стремились объединёнными силами совершать большие военные экспедиции в район Малой Азии. Одной из них и была осада Трои. Прочно закрепить своё влияние в районе Троады ахейцы не смогли, даже разрушив Трою. Их собственный мир оказался под угрозой нашествия варваров, и приходилось думать уже о безопасности, а не о завоеваниях.
Но скептики утверждают, что эти примеры ничего не доказывают. Реалии микенской культуры, являвшейся частью культуры Ахейской Греции, присутствуют в поэмах как отголоски далёкой и совершенно незнакомой поэту эпохи. Он не представляет, как действовали боевые колесницы, главная ударная сила в сражениях времён Микенской Греции. Для автора это просто транспортное средство: герой подъезжает на колеснице к месту схватки, а затем сражается пешим. Описание царских дворцов в поэме «Одиссея» показывает, что автор ничего не знает ни о водопроводе, ни о фресках, украшавших стены микенских дворцов, ни о письменности, исчезнувшей с гибелью ахейской культуры. Создание эпических поэм отделено от реальных событий четырьмя-пятью столетиями. До этого времени сказания о Троянской войне передавались певцами-аэдами из поколения в поколение изустно. Каждый сказитель и каждое новое поколение вносили в них своё понимание событий и поступков героев. Таким образом, накапливались ошибки, появлялись новые сюжетные детали, значительно искажающие первоначальный смысл. Одно событие, вбирая в себя другие и обрастая поэтическими «подробностями», постепенно могло превратиться в грандиозный поход греков-ахейцев против Трои, которого могло не быть никогда. Более того, археологические находки, сделанные на холме Гиссарлык, не доказывают, что найденное поселение является именно Троей.
Правда, вообще отрицать существование города Трои где-то в северо-западном районе Малой Азии невозможно. Документы из архива хеттских царей свидетельствуют, что хетты знали и город Трою, и город Илион (в хеттском варианте «Труиса» и «Вилуса»), но, судя по всему, как два разных, расположенных по соседству города, а не один под двойным названием, как в поэме. Хетты знали также страну Аххиява, могущественное государство, с которым они соперничали за господство над этими городами. Учёные считают, что Аххиява — это страна ахейцев, однако пока не ясно, где она находилась. Может быть, это западная часть Малой Азии, или ближайшие к ней острова, или вся Балканская Греция. Между Хеттской державой и Аххиявой был конфликт из-за города Илион, но его уладили мирным путём. Ни о каком крупномасштабном военном столкновении между ахейцами и Троей хеттские документы не рассказывают.
Какой же вывод можно сделать, сопоставляя данные из архива хеттских царей и поэтическое повествование о походе против Трои? Какая-то связь между ними прослеживается, но очень неясная, поскольку точных совпадений нет. Видимо, в устном народном творчестве, лежащем в основе поэмы, спрессовались воедино события разных времён: неудавшаяся попытка греков-ахейцев подчинить себе район Троады (это прослеживается через трагические судьбы героев-ахейцев после взятия Трои) и гибель городов Илион и Троя в результате нашествия так называемых «народов моря», которое потрясло весь древний мир Средиземноморья в конце XII в. до н. э.