Наиболее древний археологический уровень – следы селища IX–X вв. В XI–XII вв. Вщиж – небольшая крепость, ограниченная стеной по периметру, с посадом; в середине XII в., как полагают исследователи, в связи с превращением в удельный город, Вщиж был перестроен и достиг в первой половине XIII в. размера 3,8 кв. га. Археологические слои 1142–1160 гг. (в этом году развитие города было прервано осадой и пожаром) и второй половиной XII – первой половиной XIII вв. содержали большое количество дорогих предметов (в том числе западноевропейской, лиможской и лотарингской, работы) и остатки основательно построенных домов. Двухчастное городище включало детинец на западе и посад на востоке, окружённые системой рвов и засыпных стен; за их пределами располагалась пригородная застройка. Стену детинца замыкала шестиугольная башня, установленная на оконечности мыса; в детинце была сооружена многоугольная и многоярусная деревянная башня, вокруг располагалась площадь с коновязями (место сбора княжеской дружины?), стояли дом князя или боярина (двухэтажный, сложного плана, крытый медью), и срубы княжеской челяди. На посаде обнаружены две богатые усадьбы, на территории которых жили ремесленники (найдены гончарная мастерская, кузница, инструменты ювелира). Центром посада являлся храм (конец XII – первая треть XIII вв.), построенный черниговскими зодчими, четырёхстолпный, с тремя апсидами. В интерьере столбам храма (квадратным восточным и круглым западным) отвечали плоские лопатки стен. Снаружи стены храма делились на три прясла сложнопрофилированными пилястрами; в центральных пряслах с трёх сторон имелись перспективные порталы. В храме было не менее двух престолов: их следы открыты в центральной и северной апсидах (в центральной найдены также остатки горнего места). Собственно церковь была окружена с трёх сторон арочной галереей. К северо-востоку от церкви находилось кладбище, возникшее в XII в. Данные археологии позволяют предположить, что храм и укрывшиеся в нём горожане погибли во время разгрома Вщижа татарами в 1238 г., после чего город не возрождался. Вблизи Вщижа расположены стоянки эпохи неолита, поселения эпохи бронзы. По мнению Б.А. Рыбакова, на городище Благовещенская гора в раннем железном веке (юхновская археологическая культура) существовало балто-славянское святилище, а позднее церковь с погостом (обнаружены многочисленные погребения XV–XVII вв.).