1996年，为配合陕京天然气输气管道建设工程，陕西省考古研究所与榆林地区文管会联合组成考古队，曾对神木大保当汉墓进行了大规模考古发掘，清理汉墓24座，其中13座出土了精美的画像石，总数达50余块。经过数次考古调查与钻探，历时两年的考古工作，终于在出土画像石的墓地北侧约2公里处发现一座保存完好的城址，并在城址周围新发现4处汉代墓群，初步确定了这个我国北方地区保存相当完整的汉代聚落遗址。
1998年的考古工作主要是针对城址进行的，试掘了部分城垣及建筑基址，初步解决了城的布局、形制、城垣的构筑技术、城址的时代等问题；同时，对大保当汉画像石墓再次进行了钻探和发掘，确认了墓地的范围及与城址的关系，新出土一批精美的画像石和陶器、骨器、铜器等重要器物。城址面积约28万平方米，平面略呈五边形，由东北、东南及西、南、北五道城垣组成，其中北、西、南三面城垣较为规整地组成一个半包围的“方形”结构，东段城垣向东部伸出，分为东北面和东南面两支，使城址东部略呈“三角”状。城内地势平缓，晚期沙丘与现代居民点散布其间，野鸡河自西向东蜿蜒流贯城址中部 ，这条河应是当时居民生活用水的主要来源。
大保当汉代城址的城垣周长约2200米，其中北墙长540米、东北墙长370米、东南墙长360、南墙长540米、西墙长410米。西墙保存最好。一般墙体高出原地面约1米左右，个别地段有达2米左右者。
通过西城垣的解剖可知，城墙的修筑分两步。先挖出基槽，基槽宽约3米，深1米左右，基槽底部铺垫一层约10-14厘米厚的沙土，薄厚均匀，未经夯打。从第二层起开始夯筑，夯层与夯层之间铺一层很薄的细沙，可能起到防止粘夯的作用。处理完基槽后开始修筑墙体，墙体略窄于基槽，宽2.5-3米，上窄下宽，部面呈梯形。在城垣外约20米处，有一条与墙体平行的壕沟，深4米、宽4.5米，应是筑墙取土所致，实际起到了护城环壕的作用。
城垣夯土的密度很大，可能由于土质原因，墙体在干燥时坚硬洁白，因而有人将它和“白土”县联系在一起。城垣夯层清晰，薄厚相有差不大，多在10-14厘米左右。夯窝疏密不匀，均为圆形圜底，直径5厘米左右、深4-8厘米。
城内建筑址上出土大量的建筑材料，包括大型板瓦、筒瓦、瓦当、菱形方格纹铺地砖等。其中瓦当除云纹外，还有“长乐未央”文字当，残损严重。另外还发现一些生活用陶器等。
1998年新发掘的两座墓葬中，一座墓发现有画像石。其中门楣画像石刻绶带穿壁纹，空白处以奔马、龙头、云朵等填白；门柱画像石一刻升龙，一刻奔虎，起定方位，辟不祥之作用，画面空间填白很少，明显强调了主题而淡化了装饰。墓葬中还新发现了大量的其它遗物，主要有各种罐、八棱喇叭口中圈足盘口壶、鼎、奁、案、几、耳杯、勺、灯、博山炉、虎子、鸭、鸡等陶器；斧、锛、铲、刀等铁器；箸、匕、铲等骨器；鎏金带钩、盖弓帽等铜器、肛塞、眼罩、鼻塞等玉器及黛砚和“货泉”、“五铢”、铜钱等。与96年发现多画像石而少器物的情况正好相互补充，为进一步认识这批墓的年代、文化性质等提供了更多的信息。城址与墓地的年代基本应与苏家岩纪年墓接近，属于东汉中叶。
大保当城址及墓地均出一种肩部饰水波状划纹的出口细颈瘦腹罐，表明它们基本为同时期产物，而墓葬中出土的这路罐底部一般凿一小孔，不论是形态上还是制作风格上均与内蒙古和前苏联地区匈奴墓中出土的同类器物相同，它们被认是匈奴文化最具特征的器物，大保当墓葬部分人骨标本所显示出的北亚人种特征，也为其与匈奴关系密切提供了科学上的依据。《后汉书·南匈奴列传》载，东汉初年，南匈奴附汉，匈奴人与汉人杂居，东汉政府对南匈奴也大力援助，“岁时赏赐，动辄亿万”。大保当地处塞外这个汉时匈汉频繁接触的地带，城址与墓地的考古发现正是这一时期匈汉两族和睦相处的反映。
大保当1996-1998年的考古工作成果，为研究汉代陕北乃至我国北方地区的社会历史、政治、经济、民族关系等提供了重要依据。墓葬中近70块精美画像石的发现不仅丰富了陕北汉画像石的内涵，为汉代美术、建筑、神话、舞蹈、服饰、车舆制度等方面的研究提供了难得的资料，而且第一次使人们看到了真正意义上刻画完美结合的画像石，对汉画像石本身的研究也有着重要的意义。另外，它还第一次将陕北地区的汉画像石墓和与之相关的城址联系在了一起，为我国汉代边塞地区郡县的研究提供了十分难得的资料。

发现1座保存完好城址和4处汉代墓群，出土画像石近70块
初步确定为汉代聚落遗址，为汉代边塞郡县研究提供珍贵资料