1972~1986年，甘肃文物考古工作者对居延遗址进行了全面勘察并在几个地点进行了发掘，又获大批汉简及其他遗物。

2006年，由内蒙古考古研究所、中国国家博物馆航空遥感考古中心组成的联合考古队，对居延遗址进行航拍考古。

居延遗址甘肃境内部分位于金塔县县城东北145千米处的黑河两岸，分为大湾城、地湾城、肩水金关三部分。居延遗址包括烽燧、塞墙、城址、墓葬、绿城遗址群、寺庙、佛塔、古代房址八个类型，其中最主要的是西汉时期长城防御体系中的烽燧亭障遗址。

大湾城分为东、西两城，中有黑河流过。汉张掖郡辖肩水都尉治所。

东大湾城平面呈长方形，南北长350米、东西宽250米，由外城、内城和郭三部分组成，总面积约8.7万平方米。外城仅东墙较完整，东墙开门。东南隅有一座烽火台，台之东、南各有一屋，已倾。东屋出有汉简九百余枚，各长23厘米。城外环壕沟。内城位于外城东北部，东、北二墙保存较好，北墙正中开门，在西南角和东墙中间，各有一望楼，东北角筑烽火台。内城及其边沿出土汉简五百余枚。鄣位于内城西南部，南北方向，墙体版筑，残高8.5米、基宽4～6米，中有椽柱孔，顶部残存矮堞。南墙出土有一小坛，内有西夏文印版文书和西夏文丝绸各一件。郡四周又有两道平行土墙，与鄣东墙间有一道宽7米的壕，应为宋元时期建筑。

西大湾城因濒临黑河，南部和东部损毁严重。

地湾城，又名哨马营，位于甘肃金塔县城东北125公里的黑河东岸戈壁上，距大湾城大约9公里左右。是汉代张掖郡辖肩水都尉肩水候官治所。遗址面积506平方米，由障和三道坞组成。现仅存一鄣，正方形，边长22.5米，墙体夯土版筑，基宽5米、残高8.4米，西墙开一穹顶门。堡外有房屋和两道围墙遗址。鄣外共有三道坞，坞内有长方形房屋遗迹，俱为西汉昭帝至王莽时期物品。民国十九年（1930年）发掘出土汉简两千枚，帛书三件及木、竹、苇、角、陶、铁、铜等器物和皮革、丝织品，1986年又发掘获简千余枚。

肩水金关为汉代张掖郡肩水都尉治所（肩水都尉府），是肩水候官所属的一座烽塞关城，位于甘肃省酒泉市金塔县城东北约130公里处。遗址由关口、烽燧、坞等构成。金关四周有土墙，关门设于北门内侧。墙内有障坞、烽台等建筑。门道宽5米，两侧有左右对峙的门阙，各长6.5米，宽5米，夯土建筑。从其门道两侧排立的木柱推测，两门阙之上原有门楼建筑。西阙内也应有台阶蹬道通往阙顶。坞在关门的西南侧。坞墙以土夯成，厚0.7~0.8米，残高0.7米。坞西南角是峰台和方堡遗迹。堡门内有迂回夹道，两侧有住室、灶房、仓库，中有院落。肩水金关是屯戍、斥候、驿厩的咽喉门户，肩负着拱卫南面不远的肩水都尉府大湾城和肩水候官所在地地湾城。

肩水金关因常年遭风沙侵蚀，自然破坏严重，地面现除一烽燧外，其余不存。民国十九年（1930年）发掘出土简八百五十余枚。1973~1974年发掘出土汉简一万一千五百七十七枚，其他器物一千三百余件。

黑城遗址位于内蒙古自治区额济纳旗达来库布镇东南25千米的荒漠上(蒙古语称“哈拉浩特”)。黑城遗址是北方草原丝绸之路上的重镇，由早晚两座城址组成。小城始建于西夏，称黑水城，为威福军驻地，平面呈方形，东西长421米，南北宽374米，城墙夯筑，残高9米，城内有民居和店铺遗址。元代扩建为亦集乃路城，设总管府，面积超过15.7万平方米。亦集乃路城平面呈长方形，四周城垣保留较好，东西各设城门，有正方形瓮城，城垣外侧设有马面。总管府位于西门北侧。城内外发现多处寺庙遗址和佛塔群。城四角设向外突出的圆形角台，城垣外墙体四周设马面19个，在西北角的城墙上耸立着5座覆钵式白色佛塔；城外西北角残存两列南北向的覆钵式白色佛塔，共12座；西南角有1座穆斯林礼拜寺，南墙外有1座覆钵式白色佛塔；城内有4条东西向主要大街，6条南北向的经路；大街两侧多集中店铺和民居建筑基址，佛寺遗址散见于城中各处；东门外有大片密集的民居遗迹，城南有一条干涸的古河床自西南向东北延伸。遗址出土有西夏瓷器、彩塑、西夏文佛经及大量元代文书、纸币等。

1973~1974年，居延遗址发掘出土的实物共2300余件，其中有弓、箭、刀、剑、表、转射等武器，积薪、五铢、半两等货币，铁工具和农具、竹木器等屯戍用具，陶、木、漆、竹器等生活用品，丝、麻、毛、革制的衣物，鱼网、网坠、织网梭等渔具，大麦、小麦、糜、谷、青稞、麻籽等粮食，棨信、印章、仓印、封泥等印符，笔、砚、麻纸等文化用品以及尺、木板画等。

1972~1976年，居延遗址发掘出土汉代简牍约 2万枚，这些简牍大部分是汉代居延边塞的屯戍档案，是研究汉代边塞屯戍制度、社会经济、文书簿籍、语言、书法等的重要史料。

1999~2003年，出土实物有陶器、木器、转射、铜箭镞、草苣等，汉简500余枚。

居延遗址是汉通西域的交通要道和河西走廊的屏障，对研究丝绸之路文化具有重要价值。居延遗址发掘出土的汉代简牍大部分是汉代居延边塞的屯戍档案，是研究汉代边塞屯戍制度、社会经济、文书簿籍、语言、书法等的重要史料。

居延遗址的发现，不仅弥补了史书记载中的阙略，而且为研究汉代的政治、经济、文化、军事以及民族往来关系等提供了珍贵史料。与此同时，也有力地表明，古代居延地区并非一般人想像的纯属荒凉戈壁，而是一处草木繁茂的肥沃绿洲，它对于今天综合开发治理西北地区荒凉戈壁的社会环境，具有不可忽视的重要意义。

1988年，居延遗址被中华人民共和国国务院公布为第三批全国重点文物保护单位。

2001年，黑城遗址被中华人民共和国国务院国务院公布为第五批全国重点文物保护单位合并项目，归入居延遗址。

2016年，居延遗址被国家文物局列入《大遗址保护“十三五”专项规划》。

2021年10月12日，居延遗址（含甘肃部分）入选国家文物局《大遗址保护利用“十四五”专项规划》“十四五”时期大遗址”名单。

居延汉简是居延烽燧遗址中出土的简牍。时代约自西汉武帝末年（前1世纪初）至东汉中叶（2世纪初）。居延汉简的发现第一次发现于民国十九年（1930年），由西北科学考察团发掘采集。第二次发现在1972—1976年，由甘肃居延考古队发掘采集。

居延汉简从制作材料来看，系“简牍”中的“牍”类。以其本身形状书写名称区分，有牒、检、板、檄、椠、简、两行、觚、册、符、传、过所、削衣等类。有例行公文、官吏任免、人事变动、边塞动静、军纪处理、奉廪劳作、物资输调、物品出入、检核、折伤等。此外，还有邮信、名籍、牒书、爰书、勋状、存档公文底稿以及吏民之间的买卖和借贷契约等等。以其性质和用途区分，一是文书类，有书檄、封检、符券、刑讼:二是簿册类，有烽燧、戍役、疾病死亡、钱谷、名籍、资绩、器物、车马、酒食、计簿、杂簿；三是信札类；四是经籍类，有历谱、小学、六经诸子、律令、医方、术数；五是杂类，包括无年号者、有年号者。

居延汉简反映出的内容非常丰富，它不仅真实记录了居延地区的原始屯戍活动和兴衰历史，而且还保留了从西汉中期到东汉初年的重要档案和文献资料，涉及到整个汉代社会的政治、经济、军事、文化、科技、法律、哲学、宗教和民族等多领域的实际情况，具有极高的科学、历史与文物价值，对历史研究产生了深远的影响。

自汉代（前202年~8年，25年~220年）兴起的丝绸之路，将居延作为重要的中转地。经过河西走廊的绿洲丝绸之路，其中一条线路就是从甘肃向北经居延地区中转，再从居延向漠北进发；还有一条从草原上通行的丝绸之路，在漠南地区呈东西走向延伸，从东部地区的辽中京城、上京城以及元代的大都、上都城向西，经过集宁、黄河北岸的河套地区，再向西进入居延地区，然后从居延处折而向北。居延地区是穿过戈壁便捷的交通节点，过往的行人、商队可在此备齐补给，再向戈壁进发，然后再走向中亚、欧洲。

唐代（618年~907年）居延地区是沟通农牧文化的交融地带，是北方草原民族“参天可汗道”的必经之地。政府在此设“宁寇军”统领居延军务，筑大同城，防御突厥、回鹘等北方民族，并为归附的突厥、回鹘部众提供安定的生活家园，同时也为丝绸之路上过往的客商提供了歇脚、中转之地。诗人王维曾经到达居延，留下了“大漠孤烟直，长河落日圆”的篇章。

西夏（1038年~1227年）至元代（1271年~1368年）是居延地区继两汉（前202年~8年，25年~220年）后又一个重要发展时期。西夏（1038年~1227年），在居延设立了黑水镇燕军司，即黑水城（黑城遗址），继续同西域乃至遥远的欧亚大陆保持密切联系。元代（1271年~1368年）时期，意大利旅行家马可·波罗就是从西域经过黑水城（黑城遗址）到达上都城，他的行记里说这里的城叫“亦集乃”（即额济纳）。亦集乃路总管府的治所就建在西夏黑水城之中，其城址在原有基础上扩建，形成黑城遗址的规模。西夏（1038年~1227年）和元代（1271年~1368年）时期，居延地区的农业非常发达，留下了较多的农田和河渠遗址，宗教也有了较大发展，寺庙、佛塔等宗教建筑随处可见。

土尔扈特人东归是居延地区历史上一个重要事件。清康熙三十七年（1698年），徙居伏尔加河地区的土尔扈特部500余人在阿拉布珠尔的带领下返回中国。雍正九年（1731年），额济纳河流域被划为土尔扈特部驻牧地。乾隆年间，4万余土尔扈特人在渥巴锡汗带领下到达新疆伊犁，伊犁河到额济纳一带成为土尔扈特部驻牧地。

居延遗址分布在内蒙古自治区阿拉善盟额济纳旗和甘肃省酒泉市金塔县境内，沿额济纳河流域呈扇形分布，地处古代丝绸之路重要通道上，北起额济纳旗苏古淖尔地区古居延泽的殄北塞，南至金塔县鼎新（毛目）地区的肩水塞，西至纳林河，东到居延泽，南北宽约70千米。

额济纳旗——居延街——环城东路——312省道——G7京新高速——居延遗址。