Открытие изображений на стенах Каповой пещеры, сделанное в 1959 г. зоологом А.В. Рюминым, привлекло большое внимание научной общественности, и в 1960–1961 гг. экспедиция Института археологии АН СССР под руководством О.Н. Бадера обследовала изображения пещеры. По итогам первых осмотров пещеры Бадер подверг сомнению достоверность собранного Рюминым комплекса изображений, отвергнув многие из них (на поверку оказавшиеся рисунками новейшего периода или пятнами природного происхождения) и выявив подлинные изображения, в пользу древности которых свидетельствовала «прочность их краски, образовавшей на известняковой поверхности стены естественные, несмываемые и нестираемые фрески». На основании их сюжета исследователь отнёс эти изображения к верхнему палеолиту, подчеркнув их сходство с раннемадленской живописью Франции.

Работы Института археологии проводились в 1960–1978 гг., когда были обнаружены не только вполне легко распознаваемые образы вымерших животных в Зале Рисунков на верхнем ярусе, но расчищены и полностью скрытые кальцитом изображения в Зале Хаоса на среднем ярусе. Здесь, под мощными (до 10 см толщиной) отложениями реставраторами под руководством О.Н. Бадера была выявлена композиция, получившая название «Лошади и знаки», хотя этим фигурам явно сопутствовали все ещё невидимые под натёком изображения.

Фиксация рисунков производилась как путём фотографирования, так и копированием участвовавшими в экспедиции художниками. Всего Бадер выявил более тридцати красочных изображений, сделанных охрой.

В 1962 г. коллективом экспедиции были проведены поиск и изучение следов деятельности человека в пещерных напластованиях зала Знаков. Рыхлые отложения были изучены на площади двух раскопов. В одном из них на разных уровнях вплоть до дна раскопа были встречены следы углей и сажи, мелкие осколки костей, кусок древесной коры и лопатка неопределённого животного, окрашенная в тёмный цвет; во втором же под поверхностной известковой коркой, между камнями, были прослежены «следы двух кострищ в виде скопления угольков». Эти находки Бадер связывал с эпизодическим приходом человека для отправления ритуальных действий.

В 1962 г. О.Н. Бадером был заложен раскоп около Западного панно зала Рисунков. В результате работ были обнаружены культурные остатки, типичные для участков со следами изобразительной деятельности под панно с рисунками: отдельные угольки, тонкие известковые плитки с односторонними следами красной краски, идентичной краске на рисунках.

В 1973 г. был заложен шурф под Восточным панно в зале Рисунков. Здесь был выявлен верхнепалеолитический горизонт посещения, связанного с художественной деятельностью. Обнаружены характерные относительно немногочисленные культурные остатки: мазки и крупинки охры и достаточно большое число древесных углей. Кроме того, найдено множество фрагментов сломанных сталактитов и известняковых натёков, кости мелких грызунов, а также «плитки плотного натёчного известняка с окрашенной в красный цвет поверхностью и несколько галек, частью довольно крупных, которые могли очутиться здесь только с помощью человека», одна из которых, по предположению Бадера, могла служить для растирания краски.

В 1965 г. О.Н. Бадер издал иллюстрированную книгу «Каповая пещера», в которой изображения пещеры были введены им в контекст известной палеолитической живописи Юго-Западной Европы. Работы в пещере Бадер продолжал до 1978 г. (почти до самой смерти). Археологические исследования были возобновлены в 1982 г. В.Е. Щелинским.


О.Н. Бадер вместе с участниками экспедиции


Выполнение работ по расчистке изображений на западном панно, зал Рисунков


Изображение мамонта, западная стена зала Рисунков


Изображение лошади, зал Хаоса


Панно с животными и знаками после раскрытия, зал Хаоса


Процесс копирования изображений К.Н. Никахристо


Цветная фотография геометрического изображения, зал Знаков