В 1937 г. приступили к систематическим раскопкам на строго научной основе, которые с перерывами ведутся по настоящее время (под руководством Смбата Вардановича Тер-Аветисяна, которого сменили сначала Каро Григорьевич Кафадарян, затем Арам Ашотович Калантарян). Выявлена структура города: расположенные на укреплённом холме дворец и другие постройки, обнесённая мощными стенами основная часть города – шахастан, в котором монументальными сооружениями выделяется центральный квартал, примыкавший к холму, где располагались наиболее значимые церкви и патриаршие дворцы. Архитектурной доминантой комплекса был кафедральный собор, руины которого сохранили строительные слои двух периодов. Первый слой содержит маломерный, грубо отёсанный белый известняк, из которого, по мнению исследователей, было построено здание базилики, второй состоит из высоких рядов гладко отёсанного туфа, из которого была построена купольная церковь. Базилика традиционно датировалась V в., возведение купольного здания соотносится исследователями с сообщением епископа Себеоса о строительстве нового собора в 608–628 гг. В настоящее время исследователи предлагают строительство базилики отнести к началу VII в., купольного здания – к 640 гг. Базилика была полностью раскопана к 1951 г.; по реконструкции, предложенной Г. Кочояном, её основу составлял трёхнефный зал с апсидой на конце центрального нефа. Это была самая большая церковь среди известных в Закавказье: размеры плана без галерей – 22,5×52,3 м, ширина центрального нефа – 8,3 м, боковых – по 4 м. По расположению пилястр вдоль южной стены исследователи предполагают существование семи пар столбов, форма которых, согласно одной из гипотез, была крестообразной. Существует мнение о возведении апсиды из камней языческой постройки или зороастрийского храма: на них есть фрагменты росписи языческого содержания, расположенные при повторной кладке в произвольных позициях. О формах церкви, разрушенной в 572 г., исследователям ничего не известно, но они полагают, что в 608–618 гг. она была восстановлена в большем масштабе с использованием древней апсиды. К первоначальной апсиде базилики пристроены пастофории (по последним данным, только с южной стороны) и открытые обходные галереи, тянувшиеся вдоль северной, западной и южной стен. Западный участок галерей имел трёхпролётную аркаду, а каждый из боковых – семипролётные. Пастофории примыкали к апсиде, и благодаря этому её внешняя форма оказалась не пяти-, а трёхгранной (аналоги 480 гг. в храмах Эчмиадзин и в Текоре). В 640 г. храм мог сильно пострадать при захвате города арабами, после чего и был, как полагают исследователи, возведён новый собор в виде крестово-купольного триконха. В этом соборе, раскопанном в 1907–1908 и 1937–1939 гг., отчасти использованы основы стен древней постройки. Собор приобрёл более компактную структуру, его алтарная часть по сравнению с прежней была сдвинута на 9 м к западу. Посередине продольных стен базилики были пристроены экседры, которые акцентировали ось «север-юг» в вытянутом с запада на восток сооружении. В центре появилось четыре мощных столпа, которым соответствовали новые пилястры на стенах.