1979年，靳之林在安塞化子坪的剪纸普查中发现了胡凤莲，在她家多住了几天。靳之林发现她家用的陶罐是汉代的，就问她是从哪里得来的。胡凤莲说她家山上有条古道，古道沿途有很多这样的陶罐。靳之林按照胡凤莲的指点爬到高处，看到了胡凤莲所说的古道，这就是后来他全程考察的“秦直道”。延安到处是沟沟坎坎，有些地方很难走到。靳之林在去化子坪黑泉驿张莲家的路上看到远处隐隐绰绰有石窟，问路边正在劳动的一个老汉是否是石窟，里面有没有雕像，当地把石雕叫做“石娃子”。老汉回答说没有“石娃子”。当靳之林由张莲家回来再次路过这里时，自己沿着沟上去考察，发现确有石窟，而且竟然是在石窟发展史中一直缺少的宋代石窟。
　　中国的石窟在北宋时期普遍衰落，而独有延安异军突起。北宋范仲淹抗敌西夏开凿的延安石窟是北宋石窟的杰出代表，南宋的雕刻代表是大足石刻。明代时战略中心转移到对抗蒙古，因此榆林的明代石窟很重要。陕北还有迁徙到这里的似先姓的鲜卑匈奴少数民族出资修建的石窟，经查“似先”姓氏祖籍在吉林农安，后来迁徙到陕北。吉林农安就是金代的“黄龙府”。
　　陕北文化积淀很深，陕北汉画像石，就像剪纸一样以动物为主，动物的造型只保留外轮廓，那种气势和质朴的感觉，达到了美学的最高境界。但是，靳之林原来没有想到陕北有石窟。陕北石窟多数是由当地民间工匠开凿，有些是少数民族工匠开凿，它吸收了剪纸和民间艺术，这些东西是原生态文化的石窟，背光很多与剪纸里的装饰是一样的，衣纹也是一条一条下来的，是陕北老百姓的感情的融合。延安石窟是老百姓、是士兵等民间力量自己拿钱修建的。找到石窟的地方往往附近就有古道，一条古道是一条风格。这与少数民族的定居有关。北魏石窟沿着秦直道，宋代古道附近就是宋代石窟，是与西夏打仗的交通路线。
　　陕北石窟群从北魏开始直到民国，基本没有断代，其中最美的还是宋代石窟“军州石窟”。主要是防御西夏时北宋士兵捐资所修。范仲淹在北宋时官居大学士，他被委以重任到延安做抗击西夏前线最高统帅。他在延安的两年多的时间开凿了四十多个石窟群。宋军每到一地就修寨建窟，修寨是武力防御，建窟是精神防御。可以说石窟是范仲淹的杰作之一，是范仲淹作为军事家的功绩体现。
　　为研究延安石窟，靳之林硬是把30卷《宋史》通读了一遍。仔细查找有关北宋与西夏交战的时间和地点，自己据此画出战争地图，终于总结出石窟建造的规律：有战火的地方就有石窟，交战双方箭头相交的地方就是石窟地带。
　　陕北石窟的菩萨衣服与其他地区石窟不同。陕北石窟的开凿者有家族制的工匠，也有石匠班子。有一个工匠家族活动范围非常广，在山西、陕西，都有活动，后来又到甘肃。第一代在陕西的黄龙活动，第二代扩展到黄陵富县地区，第三代范围更广。根据这个家族的活动范围研究，靳之林发现了很多以前没有发现的石窟地点。
　　石窟的造型和陕北汉画像石是一种气质延续下来。装饰纹样有的也跟剪纸纹样非常接近，与其他地方的石窟完全不同。佛的背光图案有“凤凰戏牡丹”，“莲生贵子”等等。特别是在陕西的明代米脂的石窟中最典型。
　　北魏的云冈石窟传到唐代山西五台山佛光寺，再传至陕北石窟。而延安的石窟造型已具有自己的地域特点。以前，“菩萨如宫娥”，现在是陕北婆姨给下地干活的丈夫送水，这是唐代石窟中没有过的。石窟是从希腊传至印度，到印度后天神就不塑翅膀了，而延安西魏石窟中有带翅膀的飞天。希腊的人体创作很厉害，但中国人很聪明，加上了衣纹，飞天就飞起来了。
　　几乎是与剪纸展览同时，靳之林在中国美术馆还举办了延安地区石窟艺术展览，宿白先生观看展览后，非常支持靳之林的观点，而且把陕北延安地区的宋代石窟总结为“军州石窟”。展览反响很大，专业媒体给予了充分关注，《美术》杂志刊发了展览的部分图片，《人民日报》发表了靳之林的署名文章，人民美术出版社出版了靳之林编著的《延安石窟》画册，大百科全书通过张同霞向靳之林约稿撰写了《延安石窟》辞条。
　　1982年，靳之林整理了延安400多个石窟的1000余幅图片，准备由文物出版社出版全套图版画册。结果在清样出来时，靳之林又发现了两个新窟，于是要回书稿进行增补，之后交给出版社，不久，靳之林又在榆林地区发现了新的石窟，于是又索回书稿进行增补。直到2004年，靳之林没有再发现新的石窟，书稿才不再调整图版。陕北的石窟因交通闭塞和人为破坏很难拍摄，靳之林这批石窟图版是非常珍贵的资料。
　　靳之林发现了延安石窟，填补了石窟史上作为文化高峰期的宋代石窟空白，对中国石窟研究做出了贡献。