Обмерный чертёж плана, сделанный до разрушения галерей (1836 г.), показывает внешнюю стену юго-западной пристройки утолщённой, что свидетельствует о наличии здесь внутристенной лестницы. На западном фасаде галереи примыкали ко всём трём пряслам; внутрь их выходили окна нижнего яруса. Такую композицию галерей и башен, также утраченных в XIX в., подтверждают отверстия в белокаменной кладке, расположенные на одной высоте на всех трёх фасадах. Это гнёзда балок для кружал, на которые опирались при строительстве своды галерей. Северо-западную башню покрывали резные рельефы. Башни соединяли придворный храм с дворцом, крылья которого могли простираться и на юг, и на север. Южная башня служила переходом на хоры храма из княжеских покоев. Южное крыло дворца могло быть сложено из плинфы, что косвенно подтверждается найденными с юга от собора её обломками; с северной стороны – мелким белокаменным ломом и щебнем. Судя по рисункам, запечатлевшим рельефы пристроек, и по сохранившейся резьбе, попавшей в кладку фасадов Дмитриевского собора после сноса башен и галерей, они исполнены в манере, свойственной XIII в. По мнению исследователей, это могло быть связано с существованием в строительной дружине различных ремесленных групп, но вероятнее всего, пристройки возникли позже собора – сразу после пожара 1193 г. В 1945 г. в связи с изучением Владимирской реставрационной мастерской фундаментов собора и нижележащего грунта Николаем Николаевичем Ворониным было проложено два разведочных шурфа у южного и северного фасадов в местах примыкания пристроек. Кладка фундамента северной пристройки оказалась выбранной во время сноса (1838 г.) пристроек. Стратиграфия разреза, по мнению Н.Н. Воронина, указывала, что пристройка почти одновременна собору. Фундамент южной пристройки оказался целым, но стратиграфия здесь не дала ясной картины. Тогда же были проведены разведочные работы с целью поисков дворца князя Всеволода. В 1852 г. Василий Иванович Доброхотов писал о белокаменных обломках, находимых при посадке деревьев к северу от Дмитриевского собора (между собором, Борисоглебской церковью, губернаторским домом и плацем). Н.Н. Воронин сделал две траншеи к северу от собора: по оси западного фасада и перпендикулярную ей. В раскопах обнаружился слой белокаменного щебня XII в. В одном из шурфов с южной стороны оказался ненарушенный слой XII в. с единичным белокаменным обломком и большим количеством плиткообразных кирпичей и плиток пола без раствора. На основании этих раскопок Н.Н. Воронин предположил, что с севера к собору примыкало белокаменное крыло дворцовых построек, с юга – кирпичное. В 2003–2004 гг. в связи с подготовкой проекта благоустройства площадки вокруг Дмитриевского собора были проведены исследования с участием археологов Государственного Эрмитажа. В 2003 г. проложено три шурфа (у юго-восточного, северо-восточного и юго-западного углов здания), траншея вблизи южного фасада; в 2004 г. – четыре шурфа (у западного угла северного фасада, у западного и северного порталов и внутри собора, вблизи юго-восточного столба), было установлено, что фундаменты устроены в две зоны.