Когда исследование боковой гробницы было завершено, археологи приступили к раскрытию центрального погребения, где, по-видимому, был похоронен царь. То, что в нём уже успели побывать грабители, было ясно с самого начала: туда вёл лаз протяжённостью 22 м. Грабители точно рассчитали направление и вышли как раз на угол погребальной камеры. Но к тому времени свод камеры и коридора-дромоса, ведшего в неё, уже частично обвалился, и грабителям пришлось выбирать сокровища из-под осыпавшейся земли.

В погребальной камере царило полное разорение. Хотя здесь оставалось ещё немало золотых нашивных бляшек и пуговок от парадной одежды царя, всё самое ценное — парадная утварь, украшения, оружие и т. д. — было унесено грабителями. И тем не менее самые сенсационные находки, принёсшие Толстой могиле всемирную славу, были сделаны именно здесь, в центральной гробнице! (Забегая вперёд, скажем, что Толстая могила оказалась богатейшим из всех известных в настоящее время скифских царских курганов. Вес золотых изделий, найденных в нём — 4,5 кг, — намного превышает вес золота, найденного в Куль-Обе, до того считавшемся самым богатым курганом.)

По всей видимости, грабители очень хорошо, даже слишком хорошо знали все детали скифского царского погребального обряда. Им было известно традиционное расположение всех ценных вещей в могилах: парадное оружие должно было лежать рядом с покойным, шейные украшения — на шее, сосуды — в головах и т. д. И они искали их именно там, где им надлежало быть.

Свод камеры и ведшего в неё коридора-дромоса к тому времени уже частично рухнули. Обвалившуюся землю в погребальной камере грабители перерыли, а вот землю в дромосе ворошить не стали — по регламенту похорон ценных вещей там быть не должно. Но они ошиблись!

В дромосе, совсем рядом со входом в погребальную камеру, в 30 см от неё, лежал меч с обложенной золотом рукоятью, в ножнах, также покрытых золотой обкладкой с рельефными украшениями. Обкладка ножен меча украшена изображениями в скифском «зверином стиле»: сценами борьбы животных. Под перекрестьем меча в геральдической позе стоят дерущиеся петухи — совершенно новый и необычный сюжет в скифо-античном искусстве. Ниже фантастический грифон, раздирающий оленя, лошадь, на которую сзади напал лев, а спереди грифон, ещё ниже — напавший на оленя леопард, и, наконец, поединок льва и леопарда… На выступе для подвешивания меча к портупее изображён фантастический рогатый львиноголовый грифон, хвост которого оканчивается змеиной головой. Изображения животных очень реалистичны, полны динамики, они очень чётки: проработаны мельчайшие детали.

Ещё ближе к камере, у самого входа Б. Н. Мозолевский нашёл неслыханное сокровище: золотую пектораль — царское парадное нагрудное украшение. Грабители не докопали до неё всего каких-нибудь десять сантиметров! Это поистине гениальное творение античной торевтики ныне получило мировую известность.

Вес пекторали составляет 1150 г, диаметр — 30,6 см. Она состоит из четырёх жгутообразных трубок, скреплённых на концах обоймами, к которым при помощи штифтов прикреплены изящные плетёнки, также заправленные в орнаментированные обоймы с наконечниками в виде львиных голов. Трубки делят пектораль на три полукруглых яруса. Средний заполнен растительным орнаментом, нижний и верхний — многочисленными скульптурными изображениями.

В нижнем ярусе — сцены борьбы животных: в центре — три сцены терзания коней грифонами, по бокам — лев и леопард, нападающие на оленя и на дикого кабана, погоня собак за зайцами и, наконец, по два сидящих друг против друга кузнечика.