2007年至2009年，甘肃省文物考古研究所、北京科技大学冶金与材料史研究所组成河西走廊早期冶金遗址调查队，先后对其进行了三次实地调查。

2010至2011年，由甘肃省文物考古研究所与中国社会科学院考古研究所、北京科技大学冶金与材料史研究所、西北大学联合对其进行了两个年度的发掘。

黑水国遗址已发现房址19座，包括地面式土坯建筑，地面式立柱建筑，半地穴式建筑三大类，地面式土坯建筑的发现在河西地区尚属首次。土坯建筑有方形和圆形两类，方形房址多为多室结构，以土坯砌墙，有大型承重柱础，局部以土坯平铺地面。部分房屋墙体下发现沿墙走向铺设石块（石器）、兽骨（包括牛距骨、羊距骨、肋骨、下颌骨、肢骨等）、陶片等，铺垫遗物存在一定规律，即石块多为长条形（其中一件为石锛）或圆球状，二者交替分布，很有可能具有特殊的宗教意义。圆形房址以11ZHBⅡF3为代表，平面近圆形。已发掘范围内F3的面积约为5.3平方米（以圆形来计算）。在其东部发现墙体有缺口，可能为房址的门道。其建筑方式为先垫较厚的红土地面作为活动面，然后挖基槽起墙，基槽内填碎土坯、红土、灰土堆积，找平后再以土坯砌墙。现在所发掘大部分很可能是墙体的基部，其地面以上墙体部分可能因破坏多已不存。F3残存墙体宽约20厘米，高低不一，最高处为30厘米，最矮处约为10厘米，由西至东呈倾斜状，部分墙体被灰坑打破。墙体可分为土坯垒砌和土坯、红土与灰土混合修筑两种方式。F3南侧墙土坯较为规整，均为浅黄色土坯，土坯间以红胶泥相黏接。墙体土坯大小不一，一般为30×20×10厘米。