昭和26年に発掘調査が行われ、国分寺としては全国で初めて建物の配置が明らかとなり、翌年に国の特別史跡となりました。

平成18年度から行っている発掘調査で、建物の基壇（土台部分）は「木装基壇」という特殊な構造であることが分かっています。
また、塔跡からは「塔本塑像（とうほんそぞう）」と呼ばれる粘土で作られた仏像の頭部も発見されました。調査の結果、頭部は白色かオレンジ色に彩色されていたことも分かっています。