桑志华的这个提议得到了天津教会的支持，扩建工程被立即立项，并且请来了法商永和营造公司工程师J.柯基尔斯基(J.koziersky)设计。

1924年4月3日，北疆博物院为办公楼竣工举行了典礼，并于当天召开了有关化石方面的学术会议，桑志华和德日进行了演讲，并展览了去年冬季采集到的新、旧石器标本。

第二天，北疆博物院正式向来华的外国人开放。

值得一提的，这时期热心于科学考古事业的不仅仅法国传教士，意大利人天津领事葛布理也在此时表示了热心与关注，他代表天津意租界工部局向北疆博物院捐银500两。

桑志华还是老作风：你们负责建造馆舍，我专致于馆舍内的收藏，这时的桑志华身边多了一位得力助手：德日进被天津教会任命为北疆博物院副院长。

此后的一年多时间里，桑志华与德日进往返于甘肃庆阳与内蒙古鄂尔多斯之间，一次又一次的新发现不断震惊全球考古界，一批又一批的古生物化石源源不断运到了北疆博物院。

这期间，桑志华与德日进还对宁夏灵武的边沟河流域进行了细致考察，他们在比利时神父绍特发现的一处古人类文化遗址进行了5个地点的发掘，这个古遗址就在灵武水洞沟，在水洞沟，他们获得了大量打制石器和少量破碎的动物化石。

不久，两人联合对科学界、考古界宣布了自己的新发现：整个水洞沟盆地的黄土中，埋藏着许多完全一致的旧石器时代制作场遗址，这是由黄土形成期间住在该区域的居民所留下的。

除旧石器外，他们还在水洞沟村的周围及长城外采集了大量的、新石器时代的燧石制品和磨光石斧等。

1925年的北疆博物院可谓“外面彩旗飘飘，家中红旗不倒”，在办公楼西端建造的陈列馆也竣工了，新建造的陈列馆陈外形设计为罗马式建筑风格，古朴典雅，坚固挺拔，总造价为26000块大洋。

陈列室包括三个面积为11×15米的重叠的房间，一层和二层两个房间用于标本的陈列，三层存放玻璃器皿、旅行用的装备、图书资料等，为博物馆研究工作服务。

建筑师柯基尔斯基在中国第一次采用了具有美学外型的中心牛腿柱式的内框架结构：那是由四个具有秃头支撑面的圆形牛腿柱支撑着三块钢筋混凝土楼板，使次梁由楼顶辐射至围墙，从而使墙壁不承受压力。根据天津的气候条件，柯基尔斯基对窗户设计了新样式：用水泥沙浆把平板花玻璃直接切在钢筋混凝土的窗框上，然后用水泥弥缝。这样，可避免夏季暴风雨袭击时雨水的渗入和春季沙暴天气的尘土侵袭。这些窗户尽可能开在天花板底下，为的是给摆放陈列柜留出空间，并保证室内光线充足明亮，还安装了具有放火性能的铁门。

新建的陈列馆不仅具有上述优点，在建筑材料上也具有防火的性能：如砖墙、钢筋混凝土、楼板、铁门、混凝土窗框等。

而且，陈列馆还采用了由法国斯特拉斯堡冶金厂（Forges de Strasbourg）提供的陈列柜，是一种柜面可以拆卸，又可以用螺丝固定的专用设备。装有开滦矿物局所属秦皇岛耀华玻璃厂制造的6m/m厚的玻璃，因此火灾的危险就降到了最低限度。

一楼陈列摆放着地质学系列（矿物学、岩石学、地层学、古生物学、史前史学和工业地质学）的各种标本，按壁式展柜号码分别陈放：从43至82展柜。如矿物学、岩石学方面主要有花岗岩、玄武岩等岩石藏品及各种金属和非金属矿物，包括黄铁矿、方铅矿、石英、水晶等；古生物方面大多是哺乳动物化石，由于某些展品体积过长或过大，不能列入系列之内，就陈放于室中央两个大玻璃柜中：例如：披毛犀的化石骨架，象和长颈鹿的骨骼化石，鹿科的各种角化石以及史前期大型陶器等。

二楼陈列着动物学、植物学和人类学诸系列，从1至42展柜。有接近400种的鸟类，占用了这一层楼全部靠墙玻璃柜的上层架格。人种学方面真可谓五花八门、形形色色，囊括了桑志华在蒙古、西藏、甘肃等地收集的具有民族特色的藏品3000-3500件。

这其中的多数都在陈列室展出，包括劳动用品、家用器具、手工业、艺术品（音乐、绘画、塑造、石刻、木刻、戏剧头盔、雕刻发冠等），服装饰品（靴鞋、帽子、首饰、妇女小脚鞋），武器（盔甲、刀和剑），宗教（佛像）等。大体积的展品（大的器具、大型鱼类、大的器皿等）陈放在展厅中央的两个大玻璃柜中，还有一些大的物品悬挂在墙上和天花板上。

展品的标签都用法文。为了使一些物品更为醒目，有的还在纸面上使用了中文和英文标题。