Theo đó, sau hai năm khai quật (2020 - 2021), các nhà khảo cổ đã tiến hành sáu hố khai quật với tổng diện tích 25.000m2. 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 lần khai quật này, đã 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. Dấu tích kiến trúc thời Trần - Hồ được phát hiện tại các hố khai quật ở những cụm kiến trúc thuộc khu vực trung tâm (nền Vua), khu vực Đông Nam và Tây Nam.
Cụ thể, tại cụm kiến trúc trung tâm nền Vua đã phát hiện 10 kiến trúc, tính từ phía Nam lên Bắc dài 200m, rộng 80m (tổng diện tích khoảng 16.000m2), bao gồm các kiến trúc như nền móng cổng, hành lang bao quanh, lối đi..., tạo nên không gian được coi là khu vực Chính điện Thành nhà Hồ. Các kiến trúc chính này kết cấu với nhau theo kiểu hình chữ "Vương", chữ "Nhị" và chữ "Công".
Hiện trường các hố khai quật và hiện vật tại Thành Nhà Hồ
Khu phía Đông nền Vua, xuất hiện 2 cụm dấu tích kiến trúc với kết cấu móng cột gia cố phân bố đều nhau và trong phạm vi rộng lớn. Khu 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 quy mô lớn lần này thu được nhiều kết quả khả quan, giúp xác định dấu tích kiến trúc độc đáo, có quy mô lớn nhất trong lịch sử nghiên cứu kiến trúc cổ truyền Việt Nam ở khu vực trung tâm Thành nhà Hồ. "Đây là dấu tích Chính điện cổ nhất trong lịch sử kinh đô Việt Nam được phát hiện cho tới ngày hôm nay".
Ông Nguyễn Bá Linh - Giám đốc Trung tâm bảo tồn di sản Thành Nhà Hồ cho biết, trên cơ sở xác định bước đầu tiềm năng di sản cũng như xác định các giá trị của những di tích đã phát hiện, cho thấy việc cần thiết phải có việc quy hoạch nghiên cứu tổng thể, chuyên sâu, xây dựng các kế hoạch bảo tồn và bảo vệ toàn vẹn khu di sản theo đúng các Công ước Quốc tế đối với một khu di sản thế giới tầm vóc như Thành Nhà Hồ.