2005年4 －12月，郑州市文物考古研究对其实施考古勘探和发掘。揭露面积3500平方米，发现了发掘灰坑560多座、水井10余眼、墓葬10余座、蓄水设施一处，出土遗物非常丰富。发掘项目领队为张松林研究员，主要工作人员为张家强。
通过勘探发掘，遗址中心土台确认为一处两周时期城址，城址平面为圆角方形，面积约为8万平方米，不排除有外城的可能性。南城墙剖面显示夯层明显，战国时期灰坑打破城墙，夯层厚8－10厘米，圜底夯窝清晰。其西为南城门，宽4.5米。夯土城墙分两个时期，上层夯土为战国时期，下层夯土墙为西周时期。护城河在土台下环绕城址一周，宽30－50米，距现存土台深约12米。结构为斜坡圜底，内有层层淤土，出有战国陶片，推测西周时期的护城河相对较窄较浅，战国时期对原护城河进行了加宽加深，将西周时期的护城河全部破坏。
城内发现灰坑500多个，有窖藏坑、祭祀坑、垃圾坑等。H77坑内填有大量的田螺，反应周人喜食田螺的生活习俗。H106圆形直壁平底，坑内有一小孩骨架，曲身，应与祭祀有关。发掘两周墓葬10余座，均长方形竖穴土坑墓。M13随葬玉器10件，玉璜3个、玉玦4块以及玉坠、串珠等，玉璜、玉玦纹饰精美，具有很高的艺术研究价值。M9有棺有椁，壁龛内随葬有陶器4件，组合为鬲、豆、壶、盆（盂）。发现蓄水设施一处，由渗井和输水管道组成，打破夯土台基，应为蓄水之用，较为重要。
出土遗物有陶、石、骨、蚌、铜、玉器。陶器最为丰富，时代跨龙山、西周、春秋、战国几个时期，尤以两周时期居多。所出西周早期的鬲、罐，为该期典型器。H453出土战国陶豆，柄上有陶文“平陶”二字。铜器、玉器较少，铜器主要为刀、镞、布币等，发现战国早期布币16枚。玉器圭、瑗、璜、玦、坠等，质地较好。
据《左传》隐公元年杜注云：“虢叔，东虢君也……虢国，今荥阳县。”《水经注•济水》、《国语•郑语》等文献均载西周初文王弟虢仲所封东虢国在荥阳境内。而娘娘寨遗址北临索河，为两周时期的城址，城内发现有西周早、中、晚三个时期的遗存，尤其是发现了较高规格的铜器、玉器遗存，其地理位置、文化内涵、时代均与东虢国相符，极有可能就是东虢国故址。此外，目前学术界有人认为荥阳广武平啕城为西周封国东虢国故址，此次娘娘寨遗址发掘出土有陶文“平陶”二字，这也为探寻东虢国提供了线索。目前西周城址发现极少，如果上述推测无误，娘娘寨城址不仅是郑州地区发现的第一座西周封国城址，在全国也是为数不多的西周封国城址之一，具有十分重要的学术价值。
