Các nhà khoa học đã tiến hành 6 hố khai quật với tổng diện tích 25.000 m2. Đây là cuộc khai quật lớn nhất lịch sử khảo cổ học Việt Nam tính về tổng số diện tích trong một lần khai quật.
Qua đó, phát hiện được 4 cụm dấu tích có niên đại thời Trần - Hồ, 2 cụm kiến trúc thời Lê sơ, 1 cụm kiến trúc thời Lê Trung hưng. Phát hiện được nhiều di tích kiến trúc thời Trần - Hồ tại các hố khai quật ở khu vực Trung tâm (nền Vua), khu vực Đông Nam và Tây Nam.
Tại nền Vua, phát hiện được 10 kiến trúc, tính từ phía Nam lên Bắc dài 200 m, rộng 80 m (tổng diện tích khoảng 16.000 m2). Tại cụm kiến trúc phía Đông nền Vua, xuất hiện 2 cụm dấu tích kiến trúc nhiều gian phía Bắc và phía Nam với kết cấu móng cột gia cố phân bố đều nhau và trong phạm vi rộng lớn. Cụm kiến trúc phía Tây nền Vua xuất hiện dấu tích kiến trúc nhiều gian và xác định được 1 kiến trúc nhiều gian, nhiều vì, mỗi vì 4 cột…
Quá trình khai quật nội thành, các nhà khoa học cũng phát hiện nhiều dấu tích kiến trúc thời Lê sơ và Lê Trung hưng với đặc điểm xây bằng gạch vồ, ngói âm dương, kích thước móng cột được xây dựng bằng gạch ngói vụn (thời Lê sơ); phát hiện 2 dấu tích kiến trúc thời Lê Trung hưng với đặc điểm xây bằng gạch vồ, ngói âm dương, kích thước móng cột trung bình 1,3mx1,4m được xây dựng bằng gạch ngói vụn.
Theo PGS. TS Tống Trung Tín, Chủ tịch Hội Khảo cổ học Việt Nam, cuộc khai quật đã xác định dấu tích kiến trúc độc đáo, có quy mô lớn vào loại nhất cho đến nay trong lịch sử nghiên cứu kiến trúc cổ truyền Việt Nam ở khu vực Trung tâm Thành Nhà Hồ (hay còn gọi là nền Vua).
Các nhà khảo cổ học dự đoán đó có thể là dấu tích Chính điện của Thành Tây Đô. Tổ hợp kiến trúc phía Đông Nam khá hoàn chỉnh tương truyền là Đông Thái Miếu thờ tổ tiên của nhà Hồ.
Cuộc khai quật cũng bộc lộ lòng đất Thành Nhà Hồ còn tiềm ẩn nhiều di tích kiến trúc khác. Tất cả đều được bố trí hết sức quy chuẩn, đồng bộ, hài hòa, bài bản. Các kiến trúc được xây dựng với nhiều tầng, nhiều lớp, nhiều loại hình kiến trúc, vật liệu xây dựng trong nhiều thời kỳ khác nhau…
