Еще в 1819 году Жан-Франсуа установил, какой части греческой надписи Розеттского камня соответствует сохранившаяся часть иероглифической надписи, и смог указать место, отвечавшее началу сохранившейся части иероглифики, которая, по его мнению, содержала приблизительно треть первоначального текста. Проведя частотный анализ, в декабре 1821 года он убедился, что 486 греческим словам соответствуют 1419 иероглифов, то есть в египетской части надписи оказалось бы значительно больше смысловых единиц, чем слов в его греческой части, если считать каждый отдельный знак идеограммой. Учтя повторяющиеся элементы, Шампольон нашел в иероглифической части надписи 166 уникальных знаков. Он заключил, что в египетской письменности существовали фонетические знаки для передачи иностранных слов и имен собственных. В демотических же текстах фонетические знаки встречались не только в словах иностранного происхождения. В самом конце 1821 года Шампольон предположил, что собственные имена греческих правителей Египта в иероглифической надписи Розеттского камня должны быть написаны с помощью тех иероглифов, которые являются прообразами алфавитных знаков. Также было известно, что имена правителей в иероглифических текстах заключались в картуши – продолговатые закругленные контуры (овалы) с горизонтальной линией внизу (при вертикальном расположении) или сбоку (при горизонтальном расположении). Структурный анализ показал, что в уцелевшей части иероглифического текста осталось только имя Птолемея. В январе 1822 года Шампольон получил литографию текста Лондонского обелиска – памятника древнеегипетской культуры, обелиска из розового гранита с острова Филы. Это обелиск вместе с другим похожим на него были найдены в 1815 году и вскоре куплены английским путешественником египтологом Уильямом Джоном Бэнксом. Надпись на обелиске с острова Филы относится 118–117 годам до н. э. и содержит прошение жрецов храма богини Исиды на острове Филы снизить налагаемое на них бремя расходов на церемониальные приемы военных и благосклонный ответ на это прошение со стороны Птолемея VIII Эвергета II и двух его цариц, Клеопатры II и Клеопатры III. Шампольон-младший к тому времени научился различать мужские и женские имена в картушах (по двум знакам, стоящим в конце) и предположил, что парное имя на обелиске может обозначать Птолемея и Клеопатру. Если бы удалось доказать регулярное повторение иероглифических знаков, это явилось бы доказательством фонетического характера древнеегипетской письменности. Шампольон сопоставил демотическое написание имен Птолемея в Розеттской надписи и имя Клеопатры в папирусе Казати, обнаружив, что знаки, которые встречались в демотической записи, употребляются и в других местах с одинаковым фонетическим значением. Далее надо было по разработанному методу восстановить иероглифические эквиваленты для демотических знаков. На литографии Лондонского обелиска Шампольон опознал иероглифические имена Птолемея и Клеопатры, причем второе он восстановил теоретически. Это доказало правильность его гипотезы. Шампольон определил 12 иероглифических знаков, соответствующих десяти буквам греческого алфавита. Дальнейший анализ имен Александра и Береники дал искомый иероглифический алфавит, соответствующий 19 греческим буквам, предлогу и придыханиям, – всего около 60 фонетических знаков. С помощью этого алфавита были прочитаны титулы «Цезарь» и «автократор», часто встречающиеся в египетских текстах греко-римской эпохи.

14 сентября 1822 года Шампольон получил настоящий ключ к дешифровке. В этот день он получил зарисовки из Абу-Симбела, сделанные его приятелем. Увидев на рисунке имя фараона в картуше, он попытался прочитать его при помощи уже отождествленных знаков и понял, что может понять имя фараона, не относящегося к греко-римской эпохе. Это было имя Рамзеса II Великого. Уже известные знаки читались как mss, начальный знак солнца Шампольон счел обозначением звука r, поскольку по-коптски Солнце звучит как «Рэ». На другой картинке с картушем были те же знаки, что и в имени Рамзеса. Первый знак, значение которого было неизвестно, – изображал ибиса, чье имя в греческих источниках передавалось как Thoth. Ту же форму оно имело и в коптском языке. Шампольон счел, что первый знак является детерминативом, прочие указывали на фонетическое чтение и передают имя фараона Тутмоса III. Ученый понял, что может читать имена фараонов, не дублируемые греческими текстами, и доказал, что алфавитное иероглифическое письмо существовало в Египте задолго до контактов с греками. Резюме своего открытия Шампольон окончил 20 сентября, доклад в Академии был назначен на 27 сентября. Монография «Письмо господину Дасье относительно алфавита фонетических иероглифов» (Lettre à Mr. Dacier relative à l’alphabet des hiéroglyphes phonétiques) была литографирована еще до объявленного доклада, а извлечение из нее помещено в октябрьском номере Journal des savants за 1822 год. Публикация этой монографии ознаменовало собой рождение египтологии как науки. В самом начале «Письма к господину Дасье» утверждалось, что истолкование демотики и иероглифики позволит пролить свет на общую историю древнего Египта. В феврале 1823 года Шампольон получил через своего покровителя герцога Пьера Луи де Блака д’О (1771–1839) золотую табакерку с надписью: «Король Людовик XVIII – месье Шампольону-младшему по случаю его открытия иероглифического алфавита». Открытие Шампольона имело всемирное значение. В 1824 году вышел в свет основной труд Шампольона, излагавший учение о системе египетского иероглифического письма: «Очерк иероглифической системы древних египтян, или Изыскания об основных элементах этого священного письма, об их различных комбинациях и о связи между этой системой и другими египетскими графическими методами» (Précis du système hiérogliphique des anciens égyptiens, ou recherches sur les éléments premiers de cette écriture sacrée, sur leurs diverses combinaisonts, et sur les rapports de ce système avee les autres méthodes graphiques égyptiennes). В 1824–1825 годах братья Шампольон свершили поездку в Италию на средства правительства Франции и познакомились с коллекциями египетских рукописей в Турине и Риме. Перед отъездом из Турина Шампольон-младший обнаружил в коллекции надпись, подобную Розеттской (с греческим, иероглифическим и демотическим текстом), которая была очень удобна для демонстрации методов дешифровки и прочтения иероглифики. В 1825 году Жан-Франсуа был награжден орденом Почетного легиона. В 1826 году по поручению правительства Шампольон провел успешные переговоры о покупке коллекции египетских древностей англичанина Генри Солта, хранившейся в Ливорно. Она стала основой Египетского отдела парижского Лувра, куратором которого был назначен Жан-Франсуа Шампольон. В 1828–1829 годах он руководил франко-тосканской экспедицией в Египет. В ходе экспедиции Шампольон на большом новом материале убедился, что его метод фонетического чтения иероглифов не дал ни одной ошибки, а сам ученый с каждым днем лучше понимал систему древнеегипетской письменности и увеличивал число читаемых знаков. Из Вади-Хальфы 1 января он отправил письмо непременному секретарю Академии барону Бон-Жозефу Дасье (1742–1833), где писал: «Я теперь уверен, что…в нашем «Письме об иероглифическом алфавите» нечего менять. Наш алфавит правилен: он с одинаковым успехом применим, во-первых, к египетским памятникам римлян и Лагидов, и, во-вторых, что представляет наибольший интерес, к надписям всех храмов, дворцов и гробниц времен фараонов…Я предвкушаю удовольствие постепенно показать вам весь древний Египет». В конце экспедиции после аудиенции у фактического правителя Египта Мухаммеда Али-паши Шампольон написал «Краткую заметку по истории Египта, составленную в Александрии для вице-короля и врученную его величеству в ноябре 1829 года». Перед отъездом из Египта, в ноябре 1829 года, Шампольон отправил Мухаммеду Али письмо, в котором призвал к сохранению культурного наследия Египта: «Европа в целом с признательностью воспримет активные меры, которые его высочество предпримет для обеспечения сохранности храмов, дворцов, могил и всех видов памятников, которые еще свидетельствуют о могуществе и величии Древнего Египта и в то же время являются наиболее прекрасными украшениями Египта современного. В этой обстановке было бы желательным, если бы его высочество приказал: 1) чтобы не поднимали ни под каким предлогом никакого камня или кирпича, или украшения со скульптуры или не со скульптуры в древних сооружениях и монументах, до сих пор существующих как в Египте, так и в Нубии, 2) древние монументы, вырытые и высеченные в горах, также важно все сохранить… Необходимо срочно распорядиться, чтобы в будущем не совершалось никакого повреждения в этих захоронениях…»