考古发掘工作始于2018年10月，2022年9月阶段性重大成果在“考古中国”平台发布，目前考古发掘工作仍在进行之中。2018年～2022年共计批复考古发掘面积5000平方米，目前已完成考古发掘面积4400平方米。
发掘共布设探方东西两个区域，东侧探方（汴河河道）发掘面积为1400平方米，平均发掘深度约为11米，局部深度已达13.5米。南北两岸的唐宋时期河堤已经揭露，同时清理出唐宋至明清时期的汴河河道遗存。通过考古发掘可知该区域唐宋时期汴河宽度约为25～28米，河堤距地表深度为9.5～10米，河底最深处距地表深度为14.5米。金代河道逐渐淤没、变窄，河道宽度为22～24米，河堤距地表深度为9.2～9.5米，金末汴河遭受洪水淤没。汴河在元代开始进行“木岸狭河”工程，河道继续变窄，河道宽度为13～15米，河堤距地表深度为7.4～8米。
明代之后汴河河道开始逐渐被侵占，河道之上修建有房屋建筑。
明初期河道宽度为25～28米，河堤距地表深度为6～7米；明末河道顶部宽度变为6～8米，河道底部宽度为2～4米，河堤距地表深度为4.5～5.5米，逐渐变为城内的排水沟。
清代汴河经过了简单的疏浚，河道宽度为13～14米，河堤距地表深度为3～3.5米，河底距地表深度为4.5～5.3米。
目前，经过考古发掘，州桥东侧汴河遗址自唐宋至明清时期的发展演变过程已经较为清晰；在河道底部发现有部分木板，疑似沉船，大部分被压于西侧探方壁之下，同时受地下水位影响，暂时无法继续发掘。
西侧州桥本体区域探方完成发掘面积约3000平方米。
经过考古发掘，清理出部分明末洪水遗迹，倒蹋的房屋、砖瓦堆积，人骨遗骸，揭示了桥面淤没于1642年洪水。清理出洪水上层的清代道路（8层道路）及建筑遗迹数处。清理出明代晚期的金龙四大王庙，庙址结构布局清晰，在其下部有一座青砖单拱桥券。青砖单拱桥券在州桥东侧河道中间，两桥涵洞相通，东西长度为8.7米、南北跨度为 9.4米。其时代不早于明万历年间，用石磨、石磙在河道淤泥上做基础，结构简单，但其既有桥梁的作用，亦是金龙四大王庙的基础。
经过考古发掘可知，目前发现的州桥是一座砖石结构单孔拱桥，时代为明代。桥面南北跨度为25.4米，东西宽约30米，南北桥台东西两侧各展出雁翅，加上两侧雁翅，东西总宽约50米。州桥桥面中间略高，向南北两侧呈坡状，与两侧路面高差约0.5～0.6米。桥台东侧雁翅上残留有栏杆地伏石，雁翅金刚墙上部用青砖错缝平砌，下部用石条平砌，桥券用青砖券成，厚六层，三券三伏，券脸用斧刃石砌筑，桥孔两侧金刚墙用青石条东西顺砌，高2.88米，矢高3.7米，总高6.58米，桥孔宽5.8米，从桥孔的侧面平视，桥孔的横截面呈现出类似城门洞的形状。
根据考古发掘结果并参考文献资料推测：宋代州桥为柱梁平桥，桥下密排石柱，现已不存；现存州桥为明代早期修建，是在宋代州桥桥基基础上建造的单孔砖券石板（拱）桥。
宋人孟元老《东京梦华录》记载：“州桥正对大内御街，其桥与相国寺桥皆低平不通舟船，唯西河平船可过，其柱皆青石为之，石梁、石笋、楯栏，近桥两岸皆石壁，雕镌海马、水兽、飞云之状，桥下密排石柱，盖车驾御路也。”
本次考古发掘，在州桥东侧的汴河河道南北两岸发现有巨幅石雕祥瑞壁画遗存，其上雕刻有海马、瑞兽、祥云等。目前揭露的北侧石壁顶部距地表深度约6.8米，石壁通高5.3米，雕刻纹饰的石块有16层，通高3.3米，揭露出来的长度约为21.2米；揭露的南侧石壁顶部距地表深度约6.7米，石壁通高5.4米，雕刻纹饰的石块有17层，通高3.4米，揭露出来的长度约为23.2米。
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州桥东侧汴河北岸石壁
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州桥东侧汴河南岸石壁
石壁中一匹海马、两只仙鹤构成一组图案，每组图案的长度约为7.5米，每幅石雕壁画推测共有4组图案（已完整揭露出来3组，另有1组被明代州桥雁翅所遮挡），推测每幅石雕壁画总长度约为30米。
石壁的建筑方法：从目前发掘情况得知，最底部至少为两层方木，上窄下宽铺垫，方木以上先用六层高约2米左右的素面青石条错缝垒砌，（最底一层青石条丁砌，以上五层均为平砌）。再上为十四层雕刻有纹饰的青石条平放错缝垒砌，（青石条规格不一，分别为87×20、84×30、90×16厘米不等）条石之间似用特殊材料砌粘，极其坚固。最上为青砖错缝垒砌。
石壁从下向上算起，自第七层为雕刻层，每块青石上均有编号。北侧石雕壁画编号自西向东为“坐十二、坐二十”“上十五、上二十二”、自下向上为“上十七、士十八”“由十八、山十六”，编号首字取自中国传统习字蒙书教材《上大人》“上士由山水，中人坐竹林，王生自有性，平子本留心。”
南侧石雕壁画编号自西向东为“宙十八、宙十九”“荒二十三、荒二十四”、下向上为“天二十八，地三十一”“元二十二，黄二十二”等。编号首字取自《千字文》“天地元黄、宇宙洪荒、日月盈昃、辰宿列张。”