垓下遗址相传为秦末楚汉战争的垓下之战所在地，位于安徽省固镇县濠城镇垓下居委会境内，北与灵璧县交界，西距固镇县城约24公里。遗址主体地貌为一台地，沱河经由遗址西侧绕至北侧向东流去，四周有土垣，平面呈不甚规则的圆角长方形，轮廓清晰，高出外侧地面2-3米，城墙内圈面积约15万平方米。长久以来，该遗址一直被当做秦汉城址，为了明确遗址的年代和内涵，编制遗址保护规划，经国家文物局批准，由安徽省文物考古研究所主持、固镇县文物管理所配合，自2007年开始对遗址进行了钻探和第一次发掘，其后又于2008年和2009年连续对遗址进行了两次发掘工作。
经钻探发现城墙外有壕沟，城内有台形基址、成片红烧土堆积、窑址、水井、沟槽等。三次发掘共揭露面积1000余平米，证实遗址年代主要是大汶口文化晚期和汉代两个时期，发现了保存较好的始筑于大汶口文化晚期、汉代增筑的城墙，还发现大汶口文化晚期至龙山文化初期排房一组、台形基址一座，陶窑一座、墓葬11座；大汶口文化晚期至龙山文化初期及秦汉时期的灰坑74个，沟12条；汉代开凿大型水槽1处、水井3口；宋代墓葬2座等。出土各时期文化遗物共计约400件。其中大汶口文化晚期城址的发现是最重要的收获，而建于北城墙顶部的大汶口文化晚期多间排房、东城墙上的史前地震迹象、汉代的沟槽和其上的车辙等为发掘增添了许多待解之谜。
发掘证明，遗址内的文化层堆积主要为两个大的时期，下层属于大汶口文化时期，厚1.3~1.5米，堆积由红烧土颗粒层、黄黏土和灰土等不同土质构成。上层属秦汉时期，厚约0.6米，堆积以深灰色黏土为主。西周、战国和宋明时期的遗迹有零星发现，局部区域存在宋明以来的文化层堆积。
一、城墙与壕沟
经过东城墙的2条探沟和北城墙的1条探沟解剖得知，城墙结构基本一致。东城墙墙基宽约24.7米，残存高度最高达3.8米，系堆筑而成，主体为大汶口文化晚期筑造，汉代可能有所增筑或补筑。大汶口文化晚期城墙为平地起建，先使用比较纯净、粘性较好的棕色土间杂沙性白土块和由黄、褐、浅灰色沙性土等各种土混杂而成的特征明显的花土平堆成上窄下宽的山坡形，再以其为核心，在上面顺坡逐层堆筑，使墙体加宽增高，根据堆积结构和遗迹的打破关系，可以分辨出至少三次堆筑过程。在大汶口文化晚期城墙的内侧，发现一组用黄花土筑成的堆积，对史前城墙进行了简单的加宽增高，与史前城墙之间有一层均匀细腻的灰白色土截然隔开，在堆积内发现了零星汉代陶片，因此疑为汉代对史前城墙进行的增筑或补筑。