Раскопки Агоры начались в 1946 году и велись систематически до 1953 года. Затем последовал перерыв, а в 1958 году возобновились работы в юго-восточной части. В 1959 году предпринято вскрытие северо-восточной части городской площади.
Одним из наиболее важных результатов раскопок гора за последние годы является открытие остатков Большой Стои. Это было весьма фундаментальное сооружение, длина которого достигала 45 метров, а ширина в первый строительный период 14,5 метров, во второй – 17,5 метров. Первоначально казалось, что Стоя отделявшая Теменос от Агора, была двунефной и, что южная половина её предназначалась для Агоры, а северная для Теменоса. И когда внутри Стои в 1958 году были открыты три отдельно стоявших слоевых фундамента, расположенных по одной оси, то стало очевидно, что внутри находилась колонада в девять колон. В результате открытия Большой Стои была выяснена граница Агоры эллинистического периода.
Раскопки северо-восточной части открыли здания с торговыми комплексами IV-II веков до н.э. Были также обнаружены остатки сложной гидросистемы, сооружённой в V веке до н.э. От неё сохранились: каменный водоём, полуподвальное каменное здание, круглая шахта, глубиной 3 метра, подземный ход, два колодца.
Исследован также комплекс IV-II веков до н.э., где открыто три подвальных помещения, каменные стены, выбранные в I веке н.э. В одном из подвалов было найдено 133 монеты. Скопления монет в какой-либо определённой части помещения не наблюдалось. Они равномерно распределялись по всей его площади. Все монеты ольвийской чеканки. Преобладают борисфены.
Немногочисленный керамический материал нового эллинистического комплекса был близок к керамике из засыпи. Мы встречаем ту же продукцию пергамских мастерских III-II веков до н.э. – обломки чёрно-лаковых сосудов, лутериев в резным орнаментом. Обломки буро-лаковых «мегарских» чашек. На одной из них частично сохранилась кирбья. Выделяется тонкостенная чёрно-лаковая керамика.
Благодаря раскопкам выяснено, что Большая Стоя являлась северной границей не всей Агоры, а лишь оформлением площади, свободной от построек.
Одним из наиболее интересных является фрагмент кратера теннийского производства, относящегося к IV веку до н.э. Раскопки Агоры дали и остатки надписей на мраморных плитах.
Послегетская эпоха
После гетского разгрома население вернулось в Ольвию по просьбе скифов заинтересованных в зарождении города как торгово-посреднического центра. Начинает возрождаться хора Ольвии. Судя по сообщению Диона Хрисостома в городе поселилось большое количество негреческого населения, которое оказало значительное влияние на культуру Ольвии. Облик города сильно меняется, а его площадь сокращается.
Линию стен I века н.э. указывает искусственно вырытый ров, на месте которого позднее образовалась вторая поперечная балка. Следы стены зафиксированы на Верхнем плато, раскопанном в 1908 году. Некоторое представление о стене дают её остатки открытые в Нижнем городе. Сохранилось несколько рядов фундамента с облицовкой камня. Ширина стены (всего лишь 1,7 метра) не соответствует масштабам V-IV веков до н.э.
В плотную к стене были пристроены жилища ольвиополитов. Это были однокомнатные полуподвальные постройки с очагами и смежными стенами из камня. Они были вытянуты в один ряд между оборонительной стеной и узкой улицей с южной стороны. К сооружениям I века н.э. относят и алтарь из дерева, возведённый на месте разрушенного мраморного. Об этом свидетельствуют тёмные круглые пятна – следы от установки деревянных опор, окружавших алтарь из известняка. Этот алтарь повторял форму раннего, немного превышая его размеры. Находясь за городской стеной к концу I века н.э. алтарь перестал функционировать. В конце I века н.э. в городе был возведён храм Зевса. К середине I века н.э. в районе Теменоса были построены производственные сооружения: две гончарные печи, винодельня и большое зернохранилище. На рубеже I-II веков н.э. были созданы винодельни в западной части Агора. Производственный район ограждал от севера вырытый ров – первая линия обороны послегетской Ольвии. Создание экономического района говорит о возрождении Ольвии в I веке н.э. О развитии гончарного ремесла свидетельствуют несколько районов с гончарными мастерскими. Один из таких районов вырос в Верхнем городе в отдалении от стен на заброшенной окраине эллинистической поры. Ещё один район с гончарными печами был создан в Нижнем городе, около линии его обороны. В гончарном районе около Северной балки открыты пять печей для обжига сосудов. От одной из них, в наилучшей сохранности, дошло топочное отделение со столбами в центре и часть обжигательной камеры, диаметром 1,2 метра. Из двух печей одна, округлой формы и небольших размеров, служила для изготовления сосудов, другая, прямоугольная 2х3 метра, для изготовления черепиц. Сохранились следы столбов почти квадратной формы. Найдены болванки для формовки округлых калиптеров и куски брака черепицы.
Гончарный район в Нижнем городе начал функционировать в I веке н.э. и просуществовал до конца III века н.э.
Большое зернохранилище 2х3 метра с каменными горловинами закрывались плитами. Зернохранилище Верхнего города прекращает функционировать на рубеже I-II веков н.э.
Однако оно находилось на территории Теменоса. Зернохранилище состояло из ям, врезанных своим основанием в материк. Значение ям выяснилось после выяснения закономерностей в их расположении. В засыпях их стали находить крышки. Одна из ям чудом дошла до нас в полной сохранности. Она была закрыта каменной крышкой, лежавшей на каменной обкладке округлой горловины. Её стенки оказались изветвлёнными ходами грызунов. Ясно, что она была наполнена зерном.
От виноделия на территории Теменоса сохранились лишь днища трёх резервуаров и гиря рычажного пресса. От винодельни на западной стороне Агоры мы имеем остатки двух площадок и три резервуара. Сохранились остатки винодельни в северо-западной части Верхнего города. Несмотря на экономический подъём в I веке н.э. внешнеполитическая обстановка создавала неустойчивое положение в городе. В конце I века н.э. Ольвия оказалась вновь, хотя и на короткий срок, в зависимости от царей Форзая.
Ко II веку н.э. Ольвия достигает экономического подъёма. Окраинный район в Нижнем городе благоустраивается. Вдоль его улиц сооружаются водосточные канавы. Ведётся строительство общественных зданий: учебных заведений, бань, портика. Увеличиваются размеры домов. В одном из них обнаружено помещение с мозаичным полом из разноцветной гальки. Другой дом имел восемь помещений, одно из которых служило лавкой. В Верхнем городе открыт большой дом.
Особенное внимание во втором веке уделялось сооружению оборонительных стен и реконструкции старых. Когда притеснённые варварами ольвиополиты обратились за помощью к римлянам, в южной части города возводится укреплённая цитадель. Её северная стена была 3 метра. Она возводилась из плит длинной 1,5 метра. Башни, остатки которых мы имеем, находились у главного входа, к которому вела улица, сохранившая направление главной магистрали до гетского периода. Башни к востоку от ворот отличались от башен главного входа. Северную стену цитадели, остатки которой дошли до нас, на всём её протяжении сопровождал ров.
Внутри цитадели открыты остатки двух зданий, связанных с пребыванием римского гарнизона.
Около северной стены сохранился повал большого здания. В одном из его помещений находилась цистерна. Открыт подвальный этаж из семи больших помещений. На территории цитадели вокруг главного входа открыты развалины монументальных плит от храма Аполлона Простата. Определение их как принадлежащих храму сделал Фармаковский, на основании скопления здесь культовых надписей, посвящённых Аполлону.
Во втором веке разросся гончарный район в Нижнем городе. Открыты печи округлой формы диаметром 2 метра для изготовления сосудов и мелких изделий, и большие прямоугольные печи с двумя подпорочными столбами, аналогичные печи для обжига черепицы, открытой за городской стеной.
Во II веке н.э. продолжают функционировать винодельни в Верхнем городе. Вместо старого зернохранилища сооружается новое, включающее более ста ям.
В районе северной оборонительной стены города на территории Нижнего плато ещё на рубеже I-II века н.э. устраиваются пекарни. Её здание полуовального характера площадью 290 м2 примыкало к Восточной улице и имело семь помещений. Выделяется центральное помещение с большой овальной печью. В северной половине здания найдены два пифоса. Один из них служил для хранения муки, второй – для воды. В западной части располагались жилые комнаты. Ряд хозяйственных построек был возведён за пределами города.
Упадок III века
Все производственные сооружения прекращают своё существование в первой половине III века н.э. Замирает жизнь и на большинстве поселений ольвийской хоры. Прекращается чеканка монет Ольвии. В III веке н.э. не возводят новых построек. От построек IV века н.э. сохранились лишь остатки кузнечной мастерской.
Ольвиополиты не смогли противостоять всё нарастающему натиску кочевых плёмен. В IV веке н.э. жители покинули город.
Ольвийский некрополь
Некрополь по своей площади примерно равнялся территории города. Большое количество курганов, сосредоточенное главным образом у внешних границ, дало основание для именования ольвийского некрополя «урочищем ста могил». Некрополь пересекал ряд просёлочных дорог, которые шли от северных и западных городских ворот. Другие дороги делили территорию некрополя на ряд участков. Историческая топография ещё до конца не выяснена, но можно говорить, что погребения VI-V веков до н.э. были сосредоточены к западу от северо-западного края городища, занимая в это время и северную окраину города эпохи эллинизма. В V веке до н.э. территория значительно расширяется к западу от Заячьей балки, а с конца IV века до н.э. - к северу от неё. Со II века до н.э. до первых веков н.э. хоронили в основном на западном склоне Заячьей балки, а также в заброшенной части города догетской эпохи.
Основным обряд погребения Ольвии было трупоположение. Захоронение производилось в могилах трёх типов: грунтовых, подбойных и склепах. Грунтовые могилы представляли собой прямоугольный колодец длиной 1-3 метра, шириной 0,35-1,55 метра, впущенный в материк на глубину 0,70-2,70 метра. В подбойных могилах захоронение производилось в прямоугольной нише, вырытой в первой из стенок колодца, которая затем закладывалась камнем, сырцом или амфорами. Глубина могил 1,15-3,20 метра, длина 1,20-3,10 метра, ширина 1 метр, высота подбоя 0,30-1 метр. Земельные склепы отличались большими размерами и тем, что к ним с поверхности вели пологие или ступенчатые проходы-дромосы. Напротив входа вырезалась прямоугольная камера с округлым сводом, которая также по совершении захоронении закрывалась каменными плитами. Глубина склепов 2-7 метров, длина 3,50-3,80 метра, ширина 1,50-2,50 метра. В некоторых склепах имелись лежанки.
В эллинистическое время были построены маленные склепы. Два наиболее сохранившихся находятся первый под Зевсовым курганом, а второй – склеп Еврисивия и Ареты (II век н.э.). Встречаются также захоронения младенцев в амфорах.
Ориентация могил различна. В основном запад – восток. Положение покойников - вытянутое на спине. Скорченные редки. Погребения совершались в деревянных гробах и их дно обычно покрывалось травой или смолой. Наряду с трупоположением в Ольвии, особенно в ранний период, существовало трупосожжение. Отдельные случаи кремаций зафиксированы и в черте города. Представляют интерес остатки двух кострищ в круге из амфор.
При раскопках некрополя найдено огромное количество разнообразных предметов: вазы, оружие, украшения, амулеты, монеты, амфоры и др. Встречаются кости от положенных в могилу кусков мяса. Найдено чрезвычайно мало надгробий, однако Фармаковский полагал, что они были расхищены ещё в древности. По типам захоронений и обрядам некрополь Ольвии в основном сходен с некрополями греческих городов.