Di chỉ khảo cổ Nam Thổ Sơn, được phát hiện và khai quật vào năm 2000, chủ trì khai quật do cố Giáo sư Trần Quốc Vượng, T.S Lâm Mỹ Dung cùng đoàn cán bộ nghiên cứu của trường Đại học Khoa học Xã hội Nhân văn Hà Nội và Bảo tàng Đà Nẵng. Lúc bấy giờ, toàn bộ khu di chỉ bị bao phủ một lớp cát dày hơn 10m. Sau khi tiến hành dọn bỏ phần cát thấy mặt trên của tầng văn hoá lồi lõm do bị các phương tiện khai thác cát xâm phạm. Tầng văn hóa cát có màu đen sẫm, hiện vật phân bố không đều.
Địa tầng di chỉ diễn biến khá ổn định; các nhà khảo cổ đã bước đầu nhận định đây là di chỉ có niên đại sớm, từ khoảng thế kỷ 7 đến thế kỷ 11. Các hiện vật tìm được vô cùng phong phú về loại hình và chất liệu, nhất là sự có mặt của các di vật có nguồn gốc từ nước ngoài trong đó có một số hiện vật có nguồn gốc ngoại nhập như gốm thời Đường, gốm thủy tinh Islam, tiền “Khai Nguyên Thông Bảo”,... chứng minh vùng đất Đà Nẵng (cụ thể là khu vực Ngũ Hành Sơn) có thể là đầu mối giao thương rất phát triển của khu vực miền Trung trong giai đoạn thế kỷ VII-XI. Tuy nhiên, do diện tích khai quật của di chỉ rất nhỏ nên nhiều vấn đề khoa học của di chỉ vẫn chưa được làm sáng tỏ.26
Dựa trên cơ sở kết quả của đợt khai quật năm 2000, tháng 9/2018, Bảo tàng Đà Nẵng đã kết hợp Viện khảo cổ học tiến hành mở hố ở vị trí giữa hai hố H1 và H2 được khai quật năm 2000 nơi chân đồi cát có độ dốc theo chiều từ Bắc xuống Nam theo diện tích được Bộ Văn hoá, Thể thao và Du lịch cho phép, 50m2.
Nhìn chung, địa tầng của hố khai quật ổn định, nguyên vẹn. Kết cấu đất của địa tầng là đất cát có màu xám đen, theo diễn biến của địa tầng từ trên xuống dưới có màu sắc khác nhau. Đất trong tầng văn hóa chứa các di tích và di vật có liên kết chặt hơn lớp đất mặt và đất sinh thổ.
26 Đinh Tuấn Ngọc (2001), Báo cáo kết quả khai quật di chỉ Nam Thổ Sơn – 11.2000 (Tp. Đà Nẵng), Luận văn tốt nghiệp đại học, Tư liệu Khoa lịch sử, trường ĐH KHXH&NV Hà Nội tốt nghiệp đại học, Tư liệu Khoa lịch sử, trường ĐH KHXH&NV Hà Nội
Kết quả, đợt khai quật này đã phát hiện được 2.979 hiện vật gồm các loại hình: đồ gia dụng như gốm sứ (gốm thời Đường niên đai khoảng thế kỷ thứ 9 và gốm thời Tống niên đại khoảng thế kỷ thứ 10 đến thế kỷ 11), đồ sành, đồ đất nung, vật liệu kiến trúc như gạch ngói và đá công cụ như bàn mài chày nghiền...27
So sánh kết quả khai quật năm 2000 với năm 2018, tính chất của di chỉ khá thống nhất, việc đánh giá giá trị của di chỉ dần khách quan và đầy đủ hơn.