Excavațiile, efectuate între anii 1930-1940, au scos la lumină mai multe broderii în piatră și obiecte vechi, expuse astăzi în muzeul din cripta subterană a bisericii. 

Excavațiile au scos la lumină și ruinele băii romane, unde se crede că Sfântul Mare Mucenic Dimitrie a fost ținut prizonier și, mai apoi, executat de către soldați. 

Tot aici a mai fost găsită și o fântână antică; se crede că aceasta este fântâna în care soldații au aruncat trupul martirului Dimitrie. 

Cripta Sfântului Dimitrie este considerată drept sit arheologic încă din anul 1918, când a fost descoperită. Între anii 1985-1988, o serie de excavații au avut loc în partea nordică a acesteia, restaurându-se astfel încă o latură a criptei.