Thời gian khai quật từ ngày 9.4 đến ngày 10.6.2021, trên diện tích 200m2. Chủ trì khai quật là ông Lê Đình Phụng, Viện Khảo cổ học.
Trong thời gian khai quật, cơ quan được cấp giấy phép cần chú ý bảo vệ địa tầng của di tích; có trách nhiệm tuyên truyền cho nhân dân về việc bảo vệ di sản văn hoá ở địa phương, không công bố kết luận chính thức khi chưa có sự thỏa thuận của cơ quan chủ quản và Cục Di sản văn hóa.
Những hiện vật thu thập được trong quá trình khai quật, Bảo tàng tỉnh Bình Định, Sở Văn hóa và Thể thao tỉnh Bình Định có trách nhiệm giữ gìn, bảo quản tránh để hiện vật bị hư hỏng, thất lạc và báo cáo Bộ trưởng Bộ Văn hoá Thể thao và Du lịch phương án bảo vệ và phát huy giá trị những hiện vật đó.
Sau khi kết thúc đợt khai quật, Bảo tàng tỉnh Bình Định và Viện Khảo cổ học phải có báo cáo sơ bộ và đề xuất phương án quản lý, bảo vệ khu vực đã khai quật trong thời gian chậm nhất 1 tháng và báo cáo khoa học trong thời gian chậm nhất 1 năm, gửi về Bộ
Trước khi công bố kết quả của đợt khai quật khảo cổ, cơ quan được cấp giấy phép trao đổi, thống nhất với Cục Di sản văn hóa.
Trước đó, cuộc khai quật đầu tiên đã diễn ra trong tháng 10 và11.2020. Tổng diện tích khai quật là 164m², bao gồm 3 hố khai quật (1 hố chính và 2 hố thám sát).
Tại hố chính, xuất lộ 4 lớp kiến trúc của 4 thời kỳ khác nhau (3 lớp dưới thuộc văn hóa Chămpa và 1 lớp trên cùng thuộc thời nhà Nguyễn và Tây Sơn).
Trong đó, lớp kiến trúc ở mặt bằng đầu tiên là hoàn chỉnh với mặt bằng hình chữ nhật có cửa quay về hướng Đông, cho thấy dạng kiến trúc đền thờ, vật thờ là tảng đá thiêng. Các lớp kiến trúc sau được xây dựng kế thừa trên một vị trí, chứng tỏ địa điểm thiêng được lựa chọn để xây dựng công trình kiến trúc.
Cuộc khai quật đã phát hiện rất nhiều di vật, gồm vật liệu xây dựng gạch, ngói âm dương (trang trí hoa văn chải, văn thừng, in ô vuông kiểu Hán, hồi văn), đầu ngói ống (trang trí mặt hề và hoa sen cách điệu), mảnh gốm trang trí kiến trúc, đầu hình sừng bò, đá ong, cùng đồ gốm Champa,…
Qua dấu tích khai quật và hiện vật tìm được cho thấy, phế tích Châu Thành có tầng văn hóa dày với nhiều lớp kiến trúc chồng lấn lên nhau, phát triển liên tục từ sớm đến muộn trải dài từ khoảng thế kỷ IV - V đến thế kỷ XIII - XIV bởi người Chăm và sau này của người Việt vào thế kỷ XVIII dưới thời kỳ Chúa Nguyễn và Tây Sơn.
