בחפירה הנוכחית נפתחו שני ריבועי חפירה בתוך האולם הדרומי של הקומה התחתונה (אולם 1).

ריבוע חפירה (1.7 × 2.5 מ') נפתח בחלקו המערבי של האולם, וריבוע נוסף (1.2 × 1.7 מ'; איורים 2, 3) נפתח בכניסה הדרומית של האולם. זוהו חמש שכבות ארכיאולוגיות (IV).
 
שכבה V (התקופה הביזנטית; המאות הד'–הז' לסה"נ; איורים 3; 4: חתך 3–3; 5). לשכבה זו יוחסו שלושה שלבים. בשלב הראשון הושתת קיר (W24; כ-1.7 מ' אורך חשיפה, 0.5 מ' רוחב) על גבי שכבת אדמת טרה רוסה חומה כהה (L28). מהקיר השתמר נדבך היסוד בלבד, בנוי משורה של אבנים מהוקצעות גדולות וביניהן אבני שדה קטנות מאוגדות יחדיו בחומר מליטה אפור בהיר ובו גריסים לבנים. מדרום לקיר נמצאו שרידי רצפת פסיפס לבנה פשוטה (L22; איור 6) שלה תשתית של גיר כתוש צהבהב (L31), שהותקנה גם היא על גבי שכבת אדמת הטרה רוסה (L28). בשכבת הטרה רוסה נמצאו שברי כלי חרס המתוארכים למאות הב'–הז' לסה"נ, בהם אגן שלו שפה מרוכסת (איור 1:7) מהמאות הב'–הד' לסה"נ וקערה מטיפוס FBW מהמאות הד'–הז' לסה"נ (לא צוירה). לפיכך זמנם של השרידים האדריכליים הוא לכל המוקדם המאה הד' לסה"נ.
בשלב השני שרידי הבנייה נשדדו; נחפרה תעלת השוד של קיר 24 (L26) שהגיעה עד ליסודות הקיר וחתכה את רצפת הפסיפס שבדרומה, אשר נפגעה גם מתעלת היסוד של קיר משכבה II (W15; להלן). בתעלת שוד 26 נמצאו שבר של בקבוק או פך זכוכית שלו פה דמוי משפך, מעוטר בחוט כרוך (איור 1:8) המתוארך לתקופות הרומית המאוחרת ולראשית התקופה הביזנטית, עצם מעוטרת (איור 1:9) שעליה ראש אישה הפונה לצד ומעליו שני עיגולים, אולי כוכבים – חלק משיבוץ בפריט כלשהו, וסיכת רכיסה (איור 2:9). כן נמצאו פריטי מתכת, בהם חוליות שרשרת (איור 1:10), צמיד שעליו ליפוף (איור 2:10) וסקפולה (איור 3:10).
לשלב השלישי מיוחס מילוי של אבני שדה (L9; איור 11) שחתם את שרידי השלב הראשון. במילוי נמצאו כלי חרס המתוארכים לתקופה הביזנטית, בהם אגן ופך(איור 2:7, 3); וכן בקבוק או פך זכוכית שלו פה דמוי משפך מעוטר בחוט כרוך (איור: 2:8) האופייני לתקופות הרומית המאוחרת וראשית הביזנטית; ושבר של שמשת חלון שלה קצה מעוגל, האופיינית לתקופה הביזנטית (איור 3:8).
 
שכבה IV (התקופה האסלאמית הקדומה; המאות הז'–הי"א לסה"נ; איורים 3; 4: חתך 3–3; 5).
מעל מילוי האבנים של השכבה הקודמת הצטברה במהלך התקופה האומיית שכבת אדמה בגוון חום-אדמדם (L14 ,L2). בתוך הצטברות זו נמצאו מטבע אומיי שהוטבע בדמשק לאחר הרפורמה של עבד אל-מלך (697–750 לסה"נ; ר"ע 161142) ואבזם מתכת (איור 4:10). תיארוך שכבה זו אינו ברור, אך כיוון שהמילוי נמצא בין השכבה הביזנטית לשכבה הצלבנית אפשר להניח בזהירות שיש ליחסה לתקופה האסלאמית הקדומה. בתעלות היסוד של הכנסייה הצלבנית (שכבה III, להלן) נמצא ממצא קרמי רב מן התקופות האומיית והעבאסית (המאות הח'–הי' לסה"נ), ובו קערת FBW (איור 4:7) מהמאות הז'–הח' לסה"נ, בסיס קערה עבאסית מעוטרת בתבנית (איור 5:7), קדרת בישול אומיית (איור 6:7), פכים עבאסיים מעוטרים בתבנית (איור 7:7, 8), פך צלהב (Buffware) עשוי בדפוס, ופך צלהב מן המאות הט'–הי' לסה"נ (איור 9:7, 10), נר אומיי (איור 11:7) ונר עבאסי מן המאות הט'–הי' לסה"נ (איור 12:7). ממצא הזכוכית האופייני לתקופה העבאסית כולל בקבוק שצווארו מעוטר ברכסים אופקיים (איור 4:8).
 
שכבה III (התקופה הצלבנית; המאה הי"ב לסה"נ; איורים 2–4). לשכבה זו יש לייחס את בניית מכלול הכנסייה המקורי. החפירה נערכה באולם הדרומי של הקומה התחתונה (אולם 1), שלו תכנית מלבנית (12 מ' אורך חשיפה, 2.5 מ' רוחב, 5.5 מ' גובה) והוא חסום בקצוות המערבי והמזרחי שלו בתוספות בנייה מאוחרות (W21,W16). אורכו המקורי של האולם אינו ידוע. כאמור, האולם מקורה בקמרון קשתי מחודד, הבנוי מגבב אבנים מלוכדות בחומר מליטה אפור בהיר ובו חצצים וגריסים לבנים-שחורים (איור 12). הקמרון נשען על שני קירות נושאים (W17 ,W15) הבנויים מתשעה נדבכים ומתנשאים עד לגובה 3.5 מ' מהרצפה המקורית של האולם בתקופה הצלבנית (L6; איור 4: חתכים 1–1, 2–2). נדבכי הקירות נבנו מאבנים בגודל בינוני, מהוקצעות גס לכדי מרובע, ומאוגדות בחומר מליטה אפור כהה מעורב בגריסים לבנים-שחורים. בראש הקירות הנושאים ניצבת חגורת קורה בנויה אבני גזית, שממנה מתרומם הקמרון. בקיר 15 פתח מקושת (a) שנפתח לחצר הקלויסטר, מולו קבוע בקיר 17 מעבר שצורתו קשת מחודדת (b), סתום בקיר לבנים מודרני (W19; איור 13) ומאחוריו נמצא כיום מוזיאון הפטריארכיה היוונית. בניית האלמנטים האדריכליים — מזוזות הפתחים וקשתות הפתחים — מוקפדת ועשויה מאבנים מסותתות למשעי עם מאפייני שיטת עיבוד האבן של התקופה הצלבנית (סיתות אלכסוני ותווי סתתים; איור 1:14–5). פתח a טיפוסי לתקופה הצלבנית: קשת שבתוכה מבנה קשתי קטן ממנה, ששימש מעצור לכנפי הדלת. חלקו העליון של פתח a נפרץ בתקופה מאוחרת, והושלם בבנייה של קשת מאוחרת (f; איור 4: חתך 2–2), אך אפשר ללמוד על צורתו וגובהו המקורי של הפתח על סמך אבן בקיר (c) המסמנת את תחילת ההתעגלות של הקשת המקורית מן התקופה הצלבנית. בפתח a השתמרה מסגרת שנועדה לקלוט את הדלת (איור 4: חתך 2–2). בחלקן התחתון של מזוזות הדלת, משני הצדדים, נמצאו מקובעות לולאות מתכת שזמנן אינו ידוע והן קשורות כנראה למנגנון הסגירה (איור 15). בצד המערבי של האולם נחשפה קשת בסיס מדורגת (transverse ;d) היוצאת מהקירות הנושאים והמעידה על החיבור עם החלל/המפרץ (bay) הניצב ממערב (איורים 4: חתך 2–2; 16).
נחפרו תעלות היסוד של קירות 15 ו-17 (L5 ,L4 ו-L13) אשר חתכו את שכבות II ,I (איור 17). היסודות עשויים יציקה של חומר מליטה אפור, קשה, מלוכד באבני שדה קטנות (L29 ,L23 ,L12). החומר הקרמי המאוחר מתעלות אלו מתוארך לתקופה הפאטימית ולראשית התקופה הצלבנית (המאות הי"א–הי"ב לסה"נ) ובו קערה מזוגגת מעוטרת בהתזה (splash glazed bowl; איור 13:7), המתוארכת לסוף התקופה העבאסית–התקופה הפאטימית, המאות הי'–הי"א לסה"נ, קערה מזוגגת (איור 14:7) מאמצע המאה הי"ב–המאה הי"ג לסה"נ וקדרת בישול מהמאה הי"א–ראשית המאה הי"ב לסה"נ (לא צוירה). האולם בתקופה הצלבנית רוצף בלוחות אבן, מהם נמצאו לוחות אחדים בריבוע המערבי (L6; איור 18). מתחת לרצפה נמצאה תשתית של אבני שדה קטנות. בחצר הגובלת מדרום באולם 1 תועדו שש אומנות (W38–W33), בנויות מאבני גזית, שעל חלק ניכר מהן נמצאו תווי סתתים וסיתות אלכסוני (איור 6:14–9) ונראה כי הן חלק ממבנה הקלויסטר, ככל הנראה מן התקופה הצלבנית (איורים 19, 20).
מכלול הבנייה, הכולל את הקומה התחתונה והכנסייה, משלב שני סגנונות בנייה שונים. קומת הקרקע בנויה מאבנים בגודל בינוני, מהוקצעות בגסות, לעומת בנייה מוקפדת מאבני גזית המאפיינת את קומת הכנסייה העליונה. ייתכן שההבדלים בסגנונות הבנייה מייצגים שלבי בנייה בתקופה הצלבנית. ייתכן גם שקומת הקרקע נבנתה בגסות ובכובד כדי לשמש בסיס ולתמוך בקומה העליונה (איור 21).
 
שכבה II (התקופות האיובית–הממלוכית; המאות הי"ב–הט"ו לסה"נ). נחשפה שכבה (L11) של אדמה אפורה ואבני שדה קטנות, בגובה מפלס רצפת שכבה III, שכנראה נשדדה. מפלסה הוגבה באמצעות מילוי נוסף (L10 ,L1; איור 15). במילוי 11 נמצאו שני מטבעות נחושת: פלס של השליט האיובי של חלב, אל-ט'האר גאזי (1186–1216 לסה"נ; ר"ע 161139), ופלס ממלוכי שחוק, המתוארך לסוף המאה הי"ד או תחילת המאה הט"ו לסה"נ (ר"ע 161140).כן נמצאו במילוי מעל לגובה הרצפה השדודה (L10) קערות מזוגגות מעוטרות בחריטה עדינה (byzantine fine sgraffito; איור 15:7, 16), המתוארכות למאה הי"ב–ראשית המאה הי"ג לסה"נ וקערה מזוגגת אגאית (aegean ware; איור 17:7) מאמצע המאה הי"ב–ראשית המאה הי"ג לסה"נ. את היעדר ממצא כלי החרס מן התקופה הממלוכית ואילך אפשר להסביר בהסרת השכבות והמילויים על ידי בעל הנכס טרם החפירה.
 
שכבה I (התקופה המודרנית; המאות הכ'–הכ"א לסה"נ). נראה כי הרצפה הוגבהה במילויים עד לגובה המפלס כיום, ואלה הוסרו טרם החפירה על ידי בעל הנכס. בתקופה זו נסתמו פתח  b והחזית המערביתd  בקירות לבנים (W19 ,W16) ופתח a הוצר לכדי כניסה קטנה.
 
בחפירה זוהו עוד תוספות ושינויים שזמנם אינו ידוע:
1. אולם 1 בחלקו המזרחי נסתם בקיר (W21) מאבנים בינוניות מהוקצעות, הניגש לקירות האולם ולקמרון משכבה III, אך לא במדויק. לכן ייתכן שהוא בן זמנו של האולם, או מאוחר לו (איור 22).
2. לתוך קיר 15 משכבה III הותקנה גומחה ומעליה נפרץ חלון (e; איור 4: חתך 2–2).
3. בפתח a נעשו שני שינויים: תחילה נפרצה הקשת המקורית והפתח הוגבה בבנייה של קשת נוספת (f; איור 4: חתך 2–2), ואז הוצר הפתח בבניית אבניםמצדו החיצוני של המבנה. 
4. במהלך חשיפת קירות המבנה והקמרון משכבה III התגלו כפיסי עץ רבים נעוצים במשקים שבין אבני הבנייה (איור 23) ולתוך חומר המליטה. נדמה כי הם חלק מן הבנייה המקורית הצלבנית או תוספת מימי הביניים המאוחרים. נראה כי יש ליחסם לימה"ב ולא לעת החדשה.
 
ציורי קיר. החלק המזרחי של הכנסייה הוא בנייה צלבנית מקורית, קירות האפסיסים עד נדבך הראש/הקרניז הם חלק מבנייה זו. הכיפות המתרוממות מן הקירות הן תוספת מאוחרת ונבנו בתקופה העות'מאנית, כיוון שהכיפות הצלבניות לא שרדו. כיום הכניסה לחלק מקודש זה של הכנסייה אסורה, והגישה לאפסיס קשה כיוון שהאיקונוסטאזיס המודרני חוצץ בין האולם המרכזי לבין החלק המזרחי של הכנסייה. בזמן החפירה התאפשר ביקור חד-פעמי באפסיס הדרומי. לדברי הכמורה המקומית, הוסרו לפני שנים אחדות שכבות טיח מקירות האפסיס, שהצטברו עליו מזה עשרות או מאות שנים, ועל הקיר הדרומי של האפסיס הדרומי נחשף קטע מציור קיר המתאר את מחזור חייו של הקדוש ניקולס. הציור מאכלס את מרבית שטחו של הקיר ושרד עד הקרניז שממנו מתרוממת כיפת האפסיס (איור 24). נראה כי במקור נמשך הציור גם אל שטח הכיפה, אך זו נהרסה והוחלפה. הציור ושכבת הטיח שמתחתיו מופרעים בחורים ובחדירות מכוונים ורבים לתוך הטיח — כהכנה להדבקת שכבות הטיח המאוחרות והצמדתן על גבי שכבת הטיח המצוירת. הציור מחולק לארבעה פאנלים המופרדים זה מזה במסגרות קו אדומות (איור 25): בפאנל השמאלי העליון מתואר ניקולס עורך מיסה (איור 26); בפאנל הימני העליון — ניקולס מקודש כבישוף (איור 27); בפאנל השמאלי התחתון — שלושה מצביאים בבית האסורים ממתינים להוצאתם להורג על ידי הרומאים בגין הודאתם בנצרותם (איור 28); ובפאנל הימני התחתון — ניקולס מציל את שלושת המצביאים החפים מפשע רגע לפני עריפת ראשם (איור 29).
האיקונוגרפיה ביזנטית ומתארת סצנות רגילות למדי במחזורים ביזנטיים של חיי ניקולס הקדוש (Sevčenko 1983). דוגמה אחת היא איקונה ביזנטית מסנטה קתרינה בסיני המתוארכת למאה הי"ב לסה"נ (Patterson 1983:29–30, pl.3). האיקונוגרפיה של סנט ניקולס נפוצה פחות במערב במאות הי"ב–הי"ג לסה"נ; לדוגמה, בפורטל הדרומי של קתדרלת שארטר (Charters) ובחלונות הוויטראז'ים בכנסייה המעוטרים בדמותו (Clare 1985:117).
בשלב זה של המחקר קשה לקבוע את תיארוכו של ציור הקיר. האיקונוגרפיה הזו מופיעה במאות הי"א–הי"ב לסה"נ, אך קיימת גם הרבה לאחר מכן, ולמעשה ממשיכה אל האומנות הפוסט-ביזנטית הרוסית. עם זאת, השיקולים הבאים מציעים בזהירות לתארך את הציור לתקופה הצלבנית:
1. מן הכנסייה הצלבנית השתמרו רק החלקים התחתונים של קירות האפסיסים ללא הכיפות, וקטע הציור נמצא בחלק התחתון של האפסיס הדרומי בלבד. בכל יתר החלקים של הכנסייה, ששוקמו בתקופה העו'תמאנית, לא נמצאו שרידים של ציורי קיר.
2. הציור נמצא הישר על אבן הבנייה הנושאת את מאפייני עיבוד האבן הצלבני (סיתות אלכסוני) ונחתם בשכבות של טיח וצבע שהתרבדו עליו במשך מאות שנים.
3. על משקוף קיר האפסיס, הגובל בציור, יש פרסקו נושא עיטור צמחי (שריגי גפן? איור 30) המזכיר מאוד את עיטור אבני הקשת (Voussoir) הצלבני בקראק דה שבלייה (Crac des Chevaliers; Folda, French and Coupel 1982:181). 
4. המסגרת האדומה התוחמת את הרגיסטרים דומה למסגרות מפרסקאות קיר באבו גוש ובגת שמנים (Seligman 2012; פישהוף תשע"ה).  
5. הרקע הארכיטקטוני בציורים (קשתות ומבנים) שמאחורי הדמויות אופייני לאומנות הציור והפיסול בתקופה הצלבנית, כגון משקופי הפורטל המפוסלים בכנסיית הקבר (כנען-קדר תשנ"ט:154–155).
6. השריון של החייל המוציא להורג הוא שריון טבעות, הטיפוסי לתקופה הצלבנית.
 
בחפירה נחשפה בנייה ביזנטית, ששרידיה כנראה נהרסו ונשדדו עוד בתקופה הביזנטית (הכיבוש הפרסי?). תיארוך אולם 1 לתקופה הצלבנית מתבסס בעיקרו על ניתוח אדריכלי ומאפייני הבנייה שנמצאו בו. בשלב זה קשה לקבוע מה היה שימושו של חלל זה, כנראה קמרונות תמך לקומה העליונה שנוצלו לאחסון ולמגורים, ואולי אף שימשו קריפטה שאליה ירדו מקומת הכנסייה העליונה. האומנות שנבחנו מדרום לכנסייה נושאים מאפייני בנייה מובהקים של התקופה הצלבנית, על כן יש לראות בהם חלק מהקלויסטר הסמוך למבנה הכנסייה מדרום. בתקופות האיובית או הממלוכית נעשו שינויים שנראים בעיקר בהרמת מפלס הרצפה. שינויים נערכו גם בתקופה העות'מאנית, והם משתלבים בבנייה מחדש של הכנסייה בקומה העליונה בתקופה זו. תיעוד מלא של הקומה התחתונה (שטח מוזיאון הפטריארכיה היוונית) נעשה בימים אלה כדי להציג בקרוב תמונה מלאה של המכלול האדריכלי על שתי קומותיו. כן יערך ניתוח של חומרי המליטה ותבוצע בדיקת פחמן 14 לכפיסי העץ. אם תתאפשר גישה לציור הקיר המרהיב בכנסייה, המשך חקירתו תאפשר מסקנות ותיארוך ברורים יותר.