第三层（“至其夜月明······古之人不余欺也”），写月夜考察游石钟山的经过。先交代探访石钟山的时间是“其夜月明”时分，同游者是长子苏迈，方式是“乘小舟”，地点是“绝壁下”。然后写绝壁下的情景：看见的是“侧立千尺，如猛兽奇鬼，森然欲搏人”的大石；听到的是“云霄间”鹘鸟的“磔磔”的惊叫声，以及“山谷中”鹳鹤像老人边咳边笑的怪叫声。描绘出一幅阴森可怖冷清凄厉的石钟山夜景，有远有近，有高有低，有动有静，有形有声，十分逼真，使人有身临其境之感。这段描写着力渲染阴森可怖的环境气氛，烘托出亲身探访的不易。转而写作者在“心动欲还”的时候，忽然“大声发于水上，噌吰如钟鼓不绝”，使“舟人大恐”，而作者却被吸引了。他“徐而察之”，发现“山下皆石穴罅，不知其浅深，微波入焉，涵淡澎湃而为此也”，查明了发出“噌吰”之声的原因。但事情并未到此为止，下面又起波澜。作者在“舟回至两山间”的时候，发现入港处有“大石当中流······空中而多窍，与风水相吞吐，有窾坎镗鞳之声”。这里的“回”不是“返回”的意思，而是“掉转”的意思。“舟回至两山间”，不是船返回到两山中间，而是船掉头转行至两山之间。作者对两处声音的考察，极为细致深入，处处印证了首段的郦说：“微波入焉”和“与风水相吞吐”，分别照应“微风鼓浪”；“山下皆石穴罅······涵澹澎湃而为此也”和“大石当中流······空中而多窍”，分别照应“水石相激”；“噌吰如钟鼓不绝”和“窾坎镗鞳之声”，分别照应“声如洪钟”。这就不仅证实了郦说，而且以详补“简”，为末段叹郦说之“简”作好铺垫。最后写作者对苏迈的谈话。“因笑谓迈曰”的“笑”不同于前面“笑而不信”的“笑”。前者是表示怀疑和否定的笑，这里是释疑后轻松愉快的笑，表现了作者探明真相后的得意、兴奋。作者在谈话中将两种声音与“周景王之无射”和“魏庄子之歌钟”相联系，肯定自己的考察结果，点出以钟名山命名的缘由。又以“古之人不余欺也”肯定郦道元的说法，言语之间生动地显现了作者的确信和欣喜。
第三段：“事不目见耳闻……文末”。写探明石钟山得名由来的感想，表明写作意图。可以分为三层。第一层，“事不目见耳闻，而臆断其有无，可乎？”这句话，语气强烈，以反问的方式表示充分肯定的意思，点明了全篇的主旨，是作者探明石钟山得名由来后所得出的结论、所总结的事理，是作者的心得。第二层分析世人不能准确知道石钟山得名由来的原因。从两方面说。一方面是说正确说法不能流传的原因，郦说失之于不详，士大夫能为文而“莫能知”，“渔工水师”虽知而不能为文，这就是石钟山得名由来在世上没有流传下来的原因。然后用“而”字转到另一方面：“陋者乃以斧斤考击而求之，自以为得其实”，是说李渤之类的“陋者”，主观臆断，“自以为得其实”，这是得以有李渤的错误说法和后人以讹传讹的原因。第三层分承上面所说的两个方面，点明写这篇游记的目的。“叹郦元之简”是肯定郦道元的观点，而又叹其太简略。“笑李渤之陋”是否定李渤的观点，并讥笑其浅陋。这就表明写这篇文章的目的是为了传播自己的见解，证实、补充郦道元的观点，纠正李渤的观点。
