בסביבות שנת 1860 פרש מעיסוקיו המסחריים והחל להקדיש את עיתותיו לארכאולוגיה, ובפרט בחיפוש אחר טרויה. בחיפושיו התבסס על האיליאדה של הומרוס וכתבים תקופתיים בנושא. שלימן חפר בטרויה (1873) כדי להוכיח שהומרוס צדק ושבאמת הייתה מלחמה בטרויה. בחפירות שערך הגיע לשכבה 7A שהייתה שכבה הרוסה והיו עליה שרידי שרפה גדולה. זה גרם ליוונים להאמין שמלחמת טרויה אכן התרחשה. שלימן לא אהב את הזיהוי של שכבה זו כטרויה של המלחמה, משום שהמבצר היה קטן מדי - שני אקרים בלבד, והמשיך לחפור. הוא השחית כמה שכבות בדרכו, ובלבל כמה ממצאים מתקופות שונות, עד שהגיע לטרויה 2, עיר גדולה שלדעת קלוד שפר חרבה ברעידת אדמה. בלגן טען שטרויה 2 חרבה בידי אדם, ואותה רצה שלימן לזהות עם טרויה של פריאמוס.