Բարեբախտաբար այդ ժամանակ ականավոր հայագետ Նիկողայոս Մառն արդեն երկրորդ տարին էր, ինչ վերսկսել էր 1893 թվականին ընդհատած Անիի պեղումները, որը շարունակեց մինչև 1918 թվականը։
Աոաջին իսկ հանդիպումից, հանձին Թորամանյանի, պրոֆ. Մառը տեսնում է մի հմուտ և խորաթափանց մասնագետի, ըստ արժանվույն գնահատում նրա կարողություններն ու նպատակները և սկսած 1904 թվականից արդյունավետ համագործակցում է նրա հետ։ Մառը Թորամանյանին է հանձնարարում Անիում պեղած հուշարձանների չափագրումն ու վերակազմումը, որոնք անխտիր օգտագործում էր Անիի պեղումների վերաբերյալ կարդացած և հրատարակած գիտական հաշվետվություններում։
Մեծ գիտնականի կողմից ցուցաբերված վստահությունը նպաստում է Թորամանյանի գիտական գործունեության ճանաչմանն ու գնահատմանը։ Աստիճանաբար նրա շուրջը ստեղծվում է հետաքրքրության և համակրանքի լայն շրջանակ, երբեմն էլ լինում են դրամական օժանդակություններ։
Ավելորդ չէ նշել, որ Թորամանյանի չափագրությունները հուշարձանների առկա վիճակի սոսկ վերարտադրությունները չէին։ Շինությունների տեղում պահպանված մնացորդները չափագրելուց բացի, նա գծագրի վրա վերականգնում էր հուշարձանի փլված, կամ ձևափոխությունների ժամանակ նոր պատերի տակ ծածկված ու անհետացած մասերը, տալով կիսավեր կամ ամբողջովին փլատակների վերածված հուշարձանների վերակազմության նախագծերը, ինչպես այդ կատարել էր հայ ճարտարապետության գլուխգործոցներից մեկի՝ Զվարթնոց եկեղեցու համար, նախքան Անիում աշխատանքը սկսելը։
Նման չափագրությունների շնորհիվ Թորամանյանի մատիտի տակ պրոֆ. Մառի արտահայտությամբ «շունչ էին առնում» և սկզբնական տեսքն ստանում շատ հուշարձաններ, ինչպես Անիի XI դարի սկզբին կառուցված Մայր եկեղեցին, որն իր որմնամույթերի սլացիկ կերտվածքով և երկկենտրոն կամարներով մեծարժեք նորություն է պատմական հայ ճարտարապետության բազմահարուստ գանձարանում։ Թորամանյանը չափագրում և վերակազմում է 1905 թվականի պեղումներով հայտնաբերված զվարթնոցատիպ գագկաշեն ս. Գրիգոր եկեղեցին և, ինչպես նշում է ինքը, «այդ երկուսի մանրանկարը»՝ աստղաձև հատակագծով եռահարկ Հովվի եկեղեցին։ Այնուհետև չափագրում է նույն դարում կառուցված բազմաբսիդ եկեղեցիներ՝ Փրկիչը և Աբուղամրենց ս. Գրիգորը, X–XI դարերում կառուցված հինգգմբեթանի Առաքելոց եկեղեցին և XII—XIII դդ. նրան կցված հատվող կամարներով նշանավոր գավիթը, նույն ժամանակին պատկանող արտաքին ճոխ զարդաքանդակներով և ներքին որմնանկարներով աչքի ընկնող Լուսավորիչ եկեղեցին և շատ ուրիշներ։
Բացի եկեղեցիներից Թորամանյանը չափագրում և վերակազմում է XI–XIII դարերում կառուցված Անիի պալատների մնացորդները, բաղնիքները, հյուրատները, բրգաշար պարիսպները: Ախուրյան գետի վրա կառուցված կիսավեր կամուրջները և այլն, և այլն։
Թորամանյանը երկար չի մնում Անիում։ Երեք տարի անց նա ընդլայնում է իր գիտական գործունեության շրջանակները և, դուրս գալով Շիրակի դաշտ, ընդգրկում է նաև Արշարունիք և Արագածոտն գավառները։
Այդ վայրերում Թորամանյանը չափագրում և ուսումնասիրում է X—XIV դարերի պատմական մեծարժեք հուշարձաններ՝ Հոռոմոսի, Խծկոնքի և Մարմաշենի վանքերը, ինչպես նաև վաղ քրիստոնեական շրջանի հայկական ճարտարապետության համար անկյունաքարային նշանակություն ունեցող էջմիածնի, Տեկորի, Կարնուտի, Դիրաքլարի, Քասախի, Ավանի, VII դարի՝ Բագարանի, Մաստարայի, Թալինի, Արուճի (Թալիշի) եկեղեցիները։
Չափագրելով պաշտամունքային և աշխարհիկ բնույթի մեծածավալ շենքերը, Թորամանյանն ուշադրություն է դարձնում նաև ժողովրդական տների և բնակարանների պեղումներով հայտնաբերված հազվագյուտ մնացորդների վրա։ Այդ մասին նա գրում է. «Անիի մեջ ամենահասարակ տներու դռանց և օջախներու վրա փորագրված զմայլելի քանդակագործությունները ցույց կուտան, որ այնտեղ իշխաններու և ազնվականներու միայն հատուկ չէր տենչը դեպի գեղարվեստը, ամեն դասակարգի ժողովուրդը վարակված էին անոր սիրով»։
