通过地层解剖发现：此段暴露在城垣外侧的砖垣建于明初。探沟内土垣自南而北11.3米，为宋代及明初城垣。宋代土垣残高3.75米，明代土垣建在宋代土垣之上，残高4.5米。在宋代土垣与明初砖垣之间，有宽0.6-0.8米、高7.3 米的宋代碎砖垣遗迹。在探沟中部，宋与明初土城垣之北为五代城垣，其顶部与明初土垣基本取平。五代时期兼有砖、土城垣，五代砖垣下部为保存较好、形体较薄的青砖垒砌，这些青砖规格不一，有绳纹长方形砖，还有楔形砖，显系墓砖，残高1.1米，五代砖垣上部为砖、土混合夯筑，用砖甚破碎，残高4.9米。五代砖垣所倚傍的土械垣上部为五代时期，残高约6米，下部为唐代，残高约1.9米。在唐代土城垣之下，发现三国时期土城垣。三国时期土城垣深埋在现荆州城土垣表面8.25米，接近城内地面3.05米之下。其建筑用土为灰黑色粘土与黄褐色沙土，文化层已发掘的厚度为0.8-1.25米。城垣建筑方法具有三国时期特征：逐层夯筑，夯层厚，夯窝呈圆形，直径7～8厘米，深 0.5厘米。探察同时出土了一批东汉至三国时期的文物典型器物。关羽镇守荆州达十年之久，“盖先治其城郭，乃诸侯，郡守之常政。”(《江陵县志》)。为了东御孙吴，北抗曹操，修筑、整治荆州城墙为军备之首务。
据悉，荆州古城墙集水城、砖城、土城三城合一，系我国南方地区保存最为完整的古城形态，被誉为南方不可多得的完璧。荆州城，是国务院1982年首批公布的全国24 座历史文化名城之一，1996年，荆州古城墙被国务院公布为全国重点文物保护单位。《后汉书。地理志》记载，荆州古城墙的修造始于2600 多年前的周厉王时期。经古城垣考古发掘实物科学验证：荆州古城墙是我国延续时代最长、跨越朝代最多、由土城发展演变而来的唯一古城垣。此前，荆州古城墙周长被推算为11公里。该市城乡规划局兼市测绘局局长邓迪敏说，荆州城古城墙长度，经该市测绘院通过测绘仪器细致测量后，得出最新数据为11.145 公里（按砖砌墙基长度计算）；其中瓮城长度703 米；马面长度661 米；荆州城墙主体周长10.568 公里（不含瓮城、马面）。