Cercetarea s-a desfăşurat între 27 septembrie şi 12 octombrie 1991. S-au continuat cercetările din prin adâncirea casetei din Peștera Vulpii până la 270 cm, ceea ce a permis observarea unei succesiuni stratigrafice bine conturate și recuperarea unui lot de 35 fragmente ceramice aparținând mai multor epoci. Sedimentul din primul nivel, între 0 și 66 cm, este roșcat‑brun închis, lutos‑nisipos, cu numeroase bucăți de calcar de dimensiuni variabile; din acest nivel provin câteva fragmente ceramice medievale târzii sau moderne, lucrate la roată, din pastă zgrunțuroasă brun‑gălbuie și decorate cu benzi cărămizii. Între 66 și 170 cm sedimentul păstrează aceeași nuanță roșcat‑brună, dar este lutos cu nisip slab, conținând aceleași acumulări de calcar. Materialul arheologic indică frecventări geto‑dacice și Basarabi: vase‑borcan lucrate cu mâna, din pastă grosieră brun‑cenușie, decorate cu brâuri alveolare, o cană lustruită, precum și două fragmente de străchini Basarabi, din pastă compactă brună cu pete negre, cu suprafața lustruită și buza întoarsă spre interior; unul dintre fragmente prezintă caneluri oblice și decor incizat cu triunghiuri hașurate, încrustate cu substanță albă calcaroasă. Nivelul următor, între 170 și 180 cm, este alcătuit din sediment roșcat‑brun lutos, plastic în stare umedă, cu structură miceliană. Blocurile de calcar lipsesc în unele zone, conferind sedimentului o omogenitate mai mare. Se observă slabe acumulări de oxizi de mangan și fier, dar nu au fost menționate descoperiri ceramice specifice. Între 180 și 270 cm sedimentul revine la nuanța roșcat‑brun închis, lutos, cu bucăți de calcar similare celor din nivelurile superioare. Din acest nivel provine cel mai bogat lot ceramic, aparținând culturii Coțofeni: vase‑borcan din pastă grosieră brun‑cărămizie, unele cu suprafață barbotinată, precum și vase din pastă fină, cu mult nisip, de culoare neagră‑cenușie, decorate cu caneluri largi. Tot aici a fost descoperit un gratoar din silex brun‑deschis, lucrat pe bot de lamă.Ultimul nivel, între 270 și 305 cm, este alcătuit din sediment gălbui‑roșcat, foarte plastic, lipsit de acumulări de oxizi de mangan și fier, cu pigmentație slabă, gălbuie. Nu au fost semnalate materiale arheologice în acest strat.

În anul 1986, Emilian Alexandrescu a realizat un sondaj arheologic de verificare la intrarea în peșteră, unde a deschis o casetă de 2,5 × 1,5 m pentru a evalua stratigrafia și eventualele urme de locuire. În urma acestor cercetări arheologice au fost descoperite fragmente ceramice din evul mediu târziu, La Tene geto-dacic, din epoca fierului timpuriu, cultura Basarabi şi din epoca bronzului timpuriu, cultura Coţofeni.