החפירות נערכו מדרום לרמת בית שמש ומצפון לעמק האלה וקיבוץ נתיב הל"ה (איור 1), בהמשך לכמה סקרים וחפירות שנערכו באזור (Dagan 2010; 2011). שטחים שיועדו לבנייה נסקרו רגלית טרם החפירה, וכל השרידים הגלויים תועדו. בשטחים שבהם כיסוי אדמה ניכר, למשל במדרונות שבין טרסות חקלאיות, נחפרו נוסף על הסקר גם תעלות באמצעות כלי מכני.
החפירה חולקה לשלושה שטחים (שטחים AC; איור 2), על סמך אופי השרידים. שטח A שנחפר בעונה הראשונה, השתרע על שתי גבעות, וחולק לשטחי משנה קטנים, שבהם נחשפו כמה מתקנים חצובים בסלע ושרידי בנייה מהתקופות הרומית–הביזנטית והעות'מאנית. שטח B נחפר בעונות הראשונה והשנייה, לאחר שהתגלו שרידי יישוב מתקופות הברונזה המאוחרת והברזל. בשטח C שנחפר בכל שלוש העונות, נחשפו שרידים נרחבים של מכלול כנסייה המתוארך לתקופה הביזנטית.
 
שטח A
השטח משתרע על שתי גבעות המחוברות באוכף בצפון, ומופרדות בעמק עמוק בדרום (איור 2). הגבעה המערבית הייתה מיושבת בדלילות רבה יותר מהגבעה המזרחית, כיוון שהיא גובלת במדרונות תלולים ומכוסה במעט אדמה.
 
הגבעה המערבית. היא כונתה בימי המנדט הבריטי 'קעת פדה' ותועדה בעבר (Dagan 2010:291, site 368). השרידים העתיקים הנרחבים ביותר היו מערכת של קירות טרסה שנבנו על הפסגה והשתרעו עד לחלקם הגבוה של המדרונות הצפוני והמזרחי. במורדות הנמוכים התלולים שכיסוי הקרקע המצומצם בהם לא התאים לחקלאות, לא נבנו קירות טרסה. בסקרים המקדימים תועדו כמה שרידים נוספים בגבעה ובמורדותיה — ערמות אבני סיקול, כבשני סיד וגת — ולוקטו חרסים מתקופת הברזל 2 ומהתקופות הביזנטית והעות'מאנית (Dagan 2010:292). רוב השרידים שנחשפו בחפירה לא תוארכו.
בחפירה נחשפה גת פשוטה חצובה בסלע, הכוללת משטח דריכה ואגן קטן (איור 3), ללא ממצא מתארך; שרידי מגדל שמירה עגול מדרום-מזרח לגת; שלוש ערמות גדולות של אבני סיקול קטנות הנתחמות בקיר עגול (איור 4); ושלושה כבשני סיד הכוללים בור שרפה עגול חצוב בסלע ותעלה. לפחות כמה משרידים אלה נסקרו כנראה בעבר.
 
הגבעה המזרחית. נחשפו קירות טרסה, מתקנים חקלאיים חצובים בסלע וחלקים ממבנים אחדים (איור 5). בפסגת הגבעה נחשפו שרידי מבנה גדול המתוארך לתקופות ההלניסטית המאוחרת–הרומית הקדומה (איור 6). ההשתמרות הדלה של המבנה מנעה שחזור מלא של תכניתו. שרידים אחרים שנחשפו בפסגה תוארכו לתקופה העות'מאנית: דרך כפרית, קירות טרסה חקלאית ושני מבנים שהשימוש בהם נמשך עד אמצע המאה הכ'. הדרך, הנמשכת ממערב למזרח, חיברה את המבנים לכפר הראשי בית נטיף, שממזרח להם. בשני המבנים נמצאו מאפיינים אדריכליים דומים, כגון בסיסי קשת ורצפות טיח עבות (איור 7).
במדרון הצפוני נחשפו מחצבות אבן נרחבות, ובהן סימני חציבה של אבנים (איור 8). למרות שלא ניתן לתארך את המחצבות בוודאות, הכמויות הגדולות של חרסים מהתקופה הביזנטית שהתגלו במילויי אדמה במחצבה מתארכות כנראה את פעילות החציבה לזמן בניית מכלול הכנסייה שנחשף בשטח C (ר' להלן). ריכוז גדול של קברים חצובים בסלע תועד חלקית ממערב לשטח A, אך הם לא נחפרו לבקשת הקבלן.
 
שטח B
שטח B משתרע על שתי מדרגות, תחתונה ועליונה, בגדה הדרומית של נחל נתיב. המדרגה התחתונה נחפרה בעונה הראשונה, והמדרגה העליונה בעונה השנייה. בחפירות נחשפו בשתי המדרגות שרידי יישוב קדום רב שכבתי (איור 9; כ-2.5 דונם), המתוארך לתקופת המעבר הברונזה מאוחרת 3–הברזל. שרידי יישוב אלה השתמרו רק בשטחים קטנים הסמוכים לקירות הטרסה מהתקופה העות'מאנית.
 
המדרגה התחתונה. נחשפו שרידי יישוב קדום, ובהם טור של ארבע יחידות מלבניות (יחידות 1–4; איורים 9, 10) שנבנו על הסלע. סלע האם שימש רצפה בחלק הדרומי של היחידות, ואילו בצדן הצפוני של היחידות נחשפו רצפות של אדמה מהודקת או חלוקי נחל צפופים. יחידה 4 הייתה ייחודית, שכן היו בה ספסלי אבן שנבנו לאורך שולי החדר. יתר על כן, על הרצפה נחשף מכלול גדול של אבני שחיקה וכלי חרס שניתנו לשחזור. על הקיר החיצוני של ארבע היחידות, שתחם את היישוב מצפון, נבנה בתקופה העות'מאנית קיר טרסה. קיר זה (יותר מ-36 מ' אורך חשיפה, 1.5 מ' רוחב) נבנה משתי שורות של בולדרים ניצבים גדולים ושטוחים. רבות מהאבנים החיצוניות של הקיר היו חסרות או התמוטטו על הסלע.
 
המדרגה העליונה משתרעת ממש מתחת לפסגת הגבעה, במרחק 20 מ' מדרום לטרסה התחתונה. נחשפו שני מבנים גדולים מרובי חדרים (1, 2; 9 × 11 מ' כל אחד; איורים 9, 11), שהופרדו בסמטה צרה החסומה בצפון. קירות המבנים נבנו משורה אחת של בולדרים שהונחו על סלע האם. השרידים של שני המבנים ניגשו בדרום אל מדף סלע, ששימש יסוד לקיר הדרומי של המבנים. לא נמצאו שרידי בנייה נוספים על סלע האם שהתנשא בתלילות מדרום למבנים, עדות לכך שהיישוב לא השתרע דרומה יותר. ממזרח למבנה 1 נחשף מתקן אבן עגול קטן, אולי תנור, וריכוז קטן של אבני שחיקה. בדומה למדרגה התחתונה, גם כאן נבנה בתקופה העות'מאנית קיר טרסה לאורך הקיר הצפוני של שני המבנים.
 
שטח C
שטח C נפתח בעמק שמצפון לבאר נתיב (ביר אל-חאג' חליל; Dagan 2010:295, site 37.4) וממזרח לגבעה המזרחית בשטח A (ר' איור 2). נחשפו מכלול כנסייה נרחב — כנסיית המרטיר המהולל — והבאר הסמוכה (Storchan 2021).
 
כנסיית המרטיר המהולל. נחשף מכלול כנסייה נרחב מן התקופה הביזנטית, ובו בזיליקה, נרתקס, חצר וקפלה צדדית (איורים 12, 13). מכלול הכנסייה נבנה בצדו הצפוני של נחל נתיב, לאורך מצוק סלע שנחצב בחלקו. תאריך הבנייה המקורי של מכלול הכנסייה אינו ודאי, אך בהתבסס על בדיקות מתחת לרצפות הכנסייה, נראה כי בסוף המאה הה' לסה"נ נבנתה קפלה צנועה בתוך מערה חצובה, שהוסבה מאוחר יותר לקריפטה. באמצע המאה הו' לסה"נ נבנו הבזיליקה והחצר, ובסוף המאה הו' לסה"נ נבנה מחדש כל הקיר הדרומי של המכלול ונוספה קפלה צמודה. מכלול הכנסייה המשיך לשמש עד שננטש בתקופה העבאסית (המאות הט'–הי' לסה"נ).
במכלול נקבעו שני פתחים עיקריים: האחד מערב לחצר והשני מדרום לנרתקס. החצר (15.0 × 15.5 מ') רוצפה כולה בפסיפס לבן ובמרכזו כתובת יוונית בת עשר שורות של טקסט בתוך מסגרת מלבנית של אבני פסיפס אדומות ושחורות (איור 14). הכתובת מתארת פעילות בנייה שנערכה בכנסייה להנצחת 'המרטיר המהולל', שזהותו אינה ידועה.
מצפון לחצר נבנו חמישה חדרים במגוון גדלים. בחדר הצפוני-מערבי נחשף מתקן עגול; קערת ברונזה וכלי חרס הניתנים לשחזור התגלו מונחים על רצפת הסלע של המתקן. בחדרים האמצעיים נחשפו שכבה של מפולות אבן ובה כלי חרס שלמים, ושברים של פסיפס, המצביעים על כך שמעל שטח זה הייתה קומה עליונה. בנרתקס (3.5 × 18.5 מ') שממזרח לחצר, בין דלתות החזית המערבית של הבזיליקה, נחשפו שרידים של שלושה ספסלים בנויים אבן.
בבזיליקה (15 × 20 מ') נבנתה במה מוגבהת מעל קריפטה מקומרת (ר' להלן). הבזיליקה כללה שתי סיטרות (3.0 × 14.5 מ' כל אחת) ואולם תווך (5.5 × 14.5 מ'), התחומים בשתי שורות של שישה עמודים. עוד כללה הבזיליקה שני חדרים מלבניים צדדיים מצפון ומדרום לבמה. העמודים המזרחיים של הבזיליקה, שחלקם נמצאו נפולים על רצפת האולם, עשויים שיש, ואילו העמודים המערביים עשויים מאבן גיר. אל הבמה של הבזיליקה הוליכו שני זוגות של מדרגות, האחד של מדרגות צרות שנבנו בתוך האולם, ואילו השני גבל בצדדים הצפוני והדרומי של הבמה והגישה אליו הייתה מהסיטרות. השתמרות רצפות הפסיפס בבזיליקה דלה. פסיפסי הסיטרות עוטרו בדגם קשקשים מתמשך בצבעים אדום ושחור, לכל קשקש ניצן אחד. החלק המזרחי של האולם עוטר בדגם גיאומטרי של מעוינים משולבים היוצרים מדליונים עגולים ומתומנים.
הקריפטה שנחשפה מתחת לבמה היא אולם מלבני שלו קמרונות חבית (2.4 × 5.1 מ', 2.85 מ' גובה; איור 15), והגישה אליה הייתה מן האולם בשני גרמי מדרגות קשותים בצפון ובדרום. שני גרמי המדרגות שימשו כנראה דרכי כניסה ויציאה נפרדות להקלת תנועת ההמון אל תוך הקריפטה וחוצה ממנה. הקמרונות של אולם הקריפטה ושל גרם המדרגות הצפוני השתמרו במלואם, ואילו הקמרון של המדרגות הדרומיות התמוטט בחלקו. בקירות ובקמרונות של אולם הקריפטה ושל גרמי המדרגות התגלו חורים קטנים, שנועדו להדבקת אריחי שיש. בצד המזרחי של הקריפטה התגלו שרידים של משטח שחלקו בנוי וחלקו חצוב בסלע. המשטח יועד לאכסן את השרידים, ובמקור הופרד כנראה מההיכל בסורג שיש. מעל המשטח, בתוך הבסיס של קיר האפסיס, התגלו שרידים של מסגרת אבן של חלון שנחסם בשלב מאוחר, כאשר מכלול הכנסייה הורחב (Storchan and Albag 2019).
מדרום לבזיליקה נבנתה קפלה מפוארת, הכוללת היכל מלבני (4.5 × 9.0 מ') ובמה (4.0 × 4.5 מ'; איור 16). בקפלה התגלתה רצפת פסיפס מפוארת, שעוטרה במרכזה בעלים א-סימטריים ונתחמה בדגם פלמטה. בחלקו המזרחי של פסיפס הקפלה, ממש מול המדרגה אל הבמה, שולבה כתובת ביוונית נתונה בטבולה אנסטה. הכתובת מציינת שיפוצים בקפלה — אולי הנחתה של רצפת הפסיפס — שנערכו בחסותו האימפריאלית של הקיסר פלביוס טבריוס הב', ששלט משנת 578 לסה"נ עד מותו בתאריך 14 באוגוסט 582 לסה"נ, אך הושלמו רק באפריל 583 לסה"נ, לאחר מותו. במת הקפלה עוטרה בפסיפס צבעוני הנתון במסגרת מלבנית, ובו נשר מרכזי גדול עטור תליון דמוי סהר. במהלך הרחבת מכלול הכנסייה בשלהי המאה הו' לסה"נ הוסר בחלקו הקיר המזרחי של הבזיליקה והוחלף בקיר חדש שנבנה מזרחה יותר, ויצר חדר מוארך קמור מאחורי האפסיס. בחדר התגלו שתי קשתות, רצפת פסיפס ואגן טבילה מונוליתי עשוי אבן קלציט (איור 17) — מינרל שנוצר במערות קרסטיות — המעיד שהחדר שימש קפלת טבילה. בתקופה העבאסית הועבר אגן הטבילה ממקומו המקורי.
 
באר נתיב
נחפרה באר (ביר אל-חאג' חליל; Dagan 2010: site 370.4) מדרום למכלול הכנסייה (איור 18). החלק העליון של פיר הבאר נבנה מתשעה נדבכי גזית, ואילו חלקו התחתון נחצב בסלע. בחפירה סביב הבאר נחשפו כמה שלבים אדריכליים הקשורים בשימוש בבאר, שתוארכו למן התקופה הביזנטית. השרידים הקדומים ביותר כוללים בריכה מטויחת עמוקה, שהפסיקה לשמש בתקופה העבאסית, עם בניית תנור גדול בתוכה. הבאר המשיכה לשמש במשך זמן רב, ובתקופה העות'מאנית נבנה מצפון לה מאגר מלבני רדוד מטויח. כיום, הנדבך העליון של פיר הבאר כולל ארבע אבני גזית גדולות ועליהן סימני חבל, שאולי לא במקרה יוצרים צורת צלב.
 
בשלוש עונות החפירה נחשפו שרידים שזמנם למן תקופת הברונזה המאוחרת 3 עד לתקופה העות'מאנית. בחפירה בשטח A נחשפו שרידים שהיו חלק מהעורף החקלאי של הכפר בית נטיף מן התקופה העות'מאנית, וכן כמה שרידים מהתקופות הרומית והביזנטית, שאותם ניתן להוסיף כעת לקורפוס האתרים ההולך וגדל בסביבה. בשטח B נחשפו שרידי יישוב מתקופות הברונזה המאוחרת–הברזל הקדומה, המצטרף לכמה כפרים בני זמן זה בשפלת יהודה. למתאר הסגור המעוגל, הכולל לפחות ארבע יחידות של חדרי רוחב בטרסה התחתונה ושני מבנים מרובי חדרים בטרסה העליונה, יש מקבילות בכמה אתרים מתקופות הברונזה המאוחרת והברזל הקדומה, כגון עזבת צרטה (Finkelstein 1986) שבשולי הרי השומרון ממזרח למישור החוף המרכזי. מעניין לציין כי כפר מאותה תקופה שנבנה גם הוא במתאר מעוגל, נחשף בבאד אל-בנאת שבעמק ממש מול נחל נתיב (Tal et al. 2018). הגילויים האחרונים מהחפירה מצביעים על כך שאתרים שמתארם מעוגל בשפלה לא היו רק אתרים מבוצרים, אלא גם יישובים כפריים שמתארם הותאם למאפיינים הטופוגרפיים המקומיים. בשטח C נחשפה כנסיית 'המרטיר המהולל' מהתקופה הביזנטית, שכללה קריפטה קמורה מתחת לבמה ושני גרמי מדרגות, כמוהה התגלו ברחובות בנגב (הכנסייה הצפונית; Tsafrir 1988), בחורבת ברכות שמדרום לבית לחם (Tsafrir and Hirschfeld 1979; 1993) ובמידבא שבירדן (הקריפטה של אליאנוס; Sejourne 1897) — כולן כנסיות שהפכו לאטרקציות לעולי הרגל בארץ הקודש בתקופה הביזנטית (Patrich 2003:484). ברור כי כנסיית 'המרטיר המהולל' הייתה מרכז עלייה לרגל חשוב, הסמוך לדרך העתיקה שקישרה בין ירושלים לאלאותרופוליס (בית גוברין) ועברה בעמק האלה. הכנסייה התפתחה והתרחבה בכמה שלבים במהלך התקופה הביזנטית, עד שזכתה בתמיכה אימפריאלית, והיא ננטשה בתקופה העבאסית.