2000年夏季，西湖路興建光明廣場時，發現了一座西漢水關遺址。面積約650平方米，是當時世界上發現年代最早、規模最大、保存最完好的水閘遺存之一。水關是保護城市的水利設施，洪水來時，可以把閘門打開，洩洪出珠江；而當鹹潮來時，放下閘門，可以阻擋潮水入城。
這座西漢時代興建的水閘，為木結構基礎，高5米，深近2米，長201米，從北往南分引水渠、閘室、出水渠三個部分，是一座由大批排列有序、縱橫交錯，構成“八”字型的大型木結構建築。閘室平面自北向南，向珠江“八”字形敞開；引水渠和出水渠均呈長方形。閘口有原木分層縱橫交織填埋，構成城牆與水閘的建築基礎。出土的木材為水松，達40立方米，多數木質仍堅實，較大的長8米，粗徑0.4米；木材上有榫卯結構，據考古學家推測，是水閘上層建築木構件，水閘廢棄後用作城牆基礎。
建閘材料的選擇、鬆軟地基的處理、技術線路的處理、總體佈置、洩流處理、閘室穩定處理等方面，竟然符合2001年頒布的中華人民共和國行業標準《水閘設計規範》，足以證明廣州在西漢時代建造水閘的技術水平已相當之高。因此，該遺址的發現，對研究廣州城建歷史，以及中國古代水利工程和建築技術，均具有重要價值。同時發現的還有東漢建築基礎、東漢和南朝水井、唐代房基、宋代房址和走道等遺跡。
光明廣場原設計為商住樓。裙樓作商業用途，兩座塔樓作住宅用。為了保護這個重要的文化遺址，不宜再作住宅，最後文物保護部門與開發商達成共識：將遺址原地保留，大廈改建為一個大型體驗式購物中心。在大廈內設計一個與水關遺址保護面積相等的近700平方米的中庭。中庭四周迴廊環繞，既可做商舖，又可供遊客觀賞遺址。
2004年，光明廣場商廈竣工，地上九層，地下兩層。遺址位於負一層。在首層加蓋鋼化玻璃罩，恆溫恆濕保護，遊客從首層到九層都可觀賞到水關遺址，也可以乘觀光電梯或扶手電梯下至負一層參觀，從而使光明廣場成為全國第一個“室內公共開放式文物”展示場地。 2006年公佈為全國重點文物保護單位及入選中國世界文化遺產預備名單。
1996年至1998年，因建設地鐵一號線，在中山五路南側發掘出一段16米長，呈南北走向、分別修建於東漢、東晉和南朝三個不同時代的城牆。
東漢城牆為夯土牆垣，現存面寬5米，殘高1.85米，夯築19層，每層之間以草莖鋪墊。夯土中還發現了大量漢代的板瓦、筒瓦和陶器殘片。
東晉城牆是在東漢牆體基礎上擴寬，夯築加固而成，用紅黃色網格紋磚包邊。殘存牆體上寬7.8米，底寬8.8米，高1.4米。夯層中發現有青釉瓷器殘片。在外牆基部的磚塊上，發現有“泰元十一年”的模印字樣。泰元（太元）是東晉武帝司馬曜的年號，十一年即公元386年。
南朝城牆在晉磚牆兩邊填土擴寬，砌磚包邊。寬21米，殘高1.5米。西側還發現一處馬面結構，南北長9.1米，北邊寬7.3米，南邊寬8.1米，建築形式與牆體相同。在南朝城牆西側發現唐代路面殘痕，東側發現宋代水池遺跡。考古學家據此推測，唐、宋時這道城牆已廢棄不用了。
這是在廣州首次發現漢代城牆。而且三個時代的城牆套合修築，時間跨度超過500年，在全國也是非常罕見的。
2007年，在文德路挖掘出南漢的城牆遺跡，長3.6米，寬2.5米，高1.2米。這是廣州地區首次出土千年南漢國城牆。磚塊大多保留完好，棱角分明，砌工嚴實，規則整齊，磚牆比鵝卵石地面高出1米有餘，寬0.5米多一點。磚牆的東面，是夯土，非常結實，寬度和磚牆差不多，這是城牆的芯部，因另一側磚砌護牆已不存在。
1972年7月，在越華路與廣仁路交匯處發現宋代子城西城牆遺址，呈南北走向，東西寬6.6米，南北未能完全開挖，僅見2米。牆基底舖一層長方形和梯形的紅砂岩石塊。上面砌磚牆相夾，中間填塞碎磚和泥土。在一些牆磚上，刻有“水軍修城磚”和“水軍廣州修城磚”等戳印，可知是當時廣州水軍所造。在一牆磚上又發現有“番禺縣”三字。
1998年2月，在越華路與倉邊路交匯處的銀山大廈建築工地上，發掘出兩段走向與年代均不相同的城牆遺址，在發掘區西側一段呈南北向的是唐代城牆，現存長14米，殘高3米。兩邊包磚，中間夯土，牆體下寬上窄。磚壁底下以黃白色砂質塊石砌基，基下舖墊碎磚瓦層。包磚南壁厚約2米，殘高0.65米；北壁甕磚底部最寬2.05米，殘高2.3米。修城磚塊大而厚實。磚壁發現有“番禺修城大條磚”等磚銘。這是廣州市首次發現的唐代城牆，從方位推測，應為唐代東城牆遺跡。
南側一段呈東西向的是宋代城牆，現存長12米，寬8.9米，殘高1.2米。牆體兩邊包紅砂岩或黃白色砂岩，邊緣多用條形石，基部有“地牛”結構，中間填塞不規則的石塊，還有柱石、石礎等，夾雜不少磚塊和陶瓷片、瓦片、瓦當等物夯土。牆體下佈滿下端削尖的木樁，直徑15～20厘米，長2～4米不等，先用木樁打入淤泥中，再鋪上0.2米厚的碎磚瓦作基礎。牆磚上發現有“修城磚”“景定元年造禦備磚”等磚銘。景定是南宋理宗年號，元年即公元1260年。這段城牆應為宋代東城北牆的遺跡。
同時還出土了漢六朝和唐、宋的陶器，包括有陶球、蒺藜等防御用具。建築裝飾物主要是一些雕陽紋花草磚和捏塑的龍首、獸首等陶飾。建築材料多為飾蓮辨紋的瓦當。部分磚上有刻劃或拍印文字。此外還有石柱礎、殘石柱等。
南北兩宋，前後凡319年，廣州城經歷大大小小十幾次擴建和修繕，是有史以來最頻密的。北宋慶曆四年（1044年），廣南東路經略使魏瓘在東面修築了子城。南宋紹興二十三年（1153年），經略使方滋重新修葺中城、東城和西城，從此，廣州有了“三城”之稱。南宋嘉定三年（1210年），經略使陳峴又在城東南與西南各修築雁翅城，以加固南面的城防，形成了中、西、東三城加兩翼城的格局。在北京街發現的歷代城牆遺址，為確定廣州從漢代至宋代的城牆範圍，提供了可靠的證據。