1996年至1998年,广州考古人员在越秀区中山五路以南、教育路以东、小马站以西的区域发掘出一段涵盖了三个历史时期的城墙。据考证,最内侧的城墙始建于东汉时期,是东汉番禺城的西城墙;而在东汉城墙之上,分别是东晋和南朝修缮和扩建的城墙。
西汉时期,汉武帝平南越国,将南海郡治搬至广信(位于今广东封开县与广西梧州市交界地带)。东汉时期,番禺逐渐繁荣,考古发现的大量东汉墓葬及出土文物表明,彼时广州城不断向周边扩展。
东汉末年,步骘奉孙权之命在番禺考察,他盛赞此处为“海岛膏腴之地”,适合作为都城,随后将交州州治从广信迁至番禺,并重新修建城郭,使得番禺在300年后重新恢复了在岭南的中心地位。20世纪90年代考古发现的东汉晚期城墙,很可能就是在这一历史背景下修建的。
东晋太元年间,时任广州刺史滕含发现步骘所修的城墙经历百余年,不少地方出现了破损坍塌的现象,于是组织人力对墙体进行修缮。考古工作人员在东晋城墙遗址位置发现了一块模印“泰元十一年”的铭文砖,泰元十一年即公元386年,正是滕含担任广州刺史的时期。
中原战火频仍,广州虽远离战场,但也偶有战乱。规模最大的一次是在公元404年,卢循攻打广州,广州刺史吴隐之闭城固守,这场攻城战长达三个月,最后卢循派人入城纵火。此次战役导致番禺城焚毁严重,城内大量府邸宅院也毁于一旦。
考古发现的东晋城墙的部分墙体,是在东汉墙体基础上扩宽并夯筑加固,再用砖包边,以向上收分的形式砌筑的。东晋广州城一直在修修补补,与东晋的战乱亦有一定关系。
晋至南朝时期的广州,大量流民南迁至岭南,同时也把中原的文化带到岭南。考古人员在发掘广州这段东晋南朝城墙遗址时,发现了大量青瓷残片,器型有碗、罐、碟等,器型虽残,但可见釉色晶莹,相比东汉时期同类器物有很大进步。这一现象与中原人南迁带来先进的文化与技术有着密切的关系。
自东汉步骘修筑城墙后,东晋、南朝后人基本上只在步骘的基础上补筑,并没有改变城墙位置,也没有将城址范围再向外扩展。而在层层叠修的城墙两侧,则是唐、宋道路的遗存。