რუსთავის ისტორიას ბევრი ახალი რამ შემატა არქეოლოგიურმა გათხრებმა, რომელიც დაიწყო 1944 წელს, როდესაც ნაქალაქარის ტერიტორიაზე, სადაც მხოლოდ ციხის ნანგრევები ჩანდა, საფუძველი ჩაეყარა დღევანდელი ქალაქის მშენებლობას. 1949 წელს კი ჩამოყალიბდა რუსთავის არქეოლოგიური ექსპედიცია ცნობილი არქეოლოგისა და საზოგადო მოღვაწის გიორგი ლომთათიძის ხელმძღვანელობით. დაიწყო ნაქალაქარის საფუძვლიანი შესწავლა.

ძველად რუსთავი შედგებოდა ორი ძირითადი ნაწილისაგან: ციხისა და საკუთრივ ქალაქისაგან. გაშენებულია გვიანი ბრინჯაოსა და ადრე რკინის დროინდელ სამოსახლარზე. ციხე იყო თბილისის ირგვლივ აგებულ ციხეთა ერთ-ერთი რგოლი. თავისი არსებობის მანძილზე ციხეს ჰქონდა სამი სხვადასხვა პერიოდის ზღუდე. თავდაპირველად (V-VIIIსს.) ზღუდეს ჰქონია ოთხკუთხა კოშკები, მეორეს, ე.წ. შიდა ზღუდეს, ნახევარწრიული კოშკები. შემდგომ ეს ორივე ზღუდე ერთ ზღუდედ გაუერთიანებიათ (IX-XIსს.). მესამე, ე.წ. გარე ზღუდეს გვირაბიანი კარიბჭე ჰქონია (XII-XIIIსს.). ციხის აღმოსავლეთით ერთდოულად ორი ზღუდე ყოფილა. ზღუდეები დახვეწილი ტექნიკით ყოფილა ნაშენი, თუმცა მტრების ძლიერ შემოსევებს ისინიც აღუგვია.

მტერს კი რუსთავი ბევრჯერ აუოხრებია. 735-737 წლებში ის დაარბია არაბთა სარდალმა მურვან ყრუმ, 1065 წელს - თურქ-სელჯუკებმა ალფ-არსლანის მეთაურობით. თურქ-სელჯუკთაგან რუსთავი დავით აღმაშენებლის მწიგნობართუხუცესმა გაათავისუფლა 1115 წელს, რის შემდეგაც იგი სამეფო ქალაქი გახდა. 1265 წელს რუსთავს შემოესივნენ მონღოლები ბექა ყაენის წინამძღოლობით. ეს შემოსევა საბედისწერო აღმოჩნდა. ქალაქი მთლიანად განადგურდა და პატარა დასახლებად იქცა. XVII-XVIII საუკუნეების მიჯნაზე გამაჰმადიანებულმა ერეკლე I სცადა, რუსთავი თავის რეზიდენციად ექცია, მაგრამ ვერ შეძლო.

ციხის და ქალაქის ნაადგილევზე არქეოლოგიური გათხრების შედეგად აღმოჩნდა V-VIII საუკუნეების სასახლეთა ნაშთები. ციხის სასახლე საერო წარჩინებული პირის უნდა ყოფილიყო. ქალაქის სასახლე კი, რომელიც ძველი ეკლესიის მახლობლად მდებარეობდა, რუსთავის ეპისკოპოსის ადგილსამყოფელი.

ნაციხარზე აღმოჩნდა მეორე სასახლის ნაშთებიც, რომელიც ე.წ. შიდა ზღუდესთან ერთად უნდა აშენებულიყო. შემორჩენილია მისი ქვიტკირით ნაშენი 13 სვეტი. XII საუკუნეში სასახლე გადაუკეთებიათ, ნაწილობრივ შეცვლილია მისი გეგმაც. ამ დროსაა აშენებული აბანო, რომელიც სასახლეს ეკუთვნის და ორ ზღუდეს შორისაა მოქცეული. XII-XIII საუკუნეების ეს სასახლე უნიკალური საერო ნაგებობაა. ნანგრევებში აღმოჩნდა ფიგურებიანი კარნიზები, ფერადი, ორნამენტიანი სარკმლის მინები თაბაშირის ჩარჩოებით, მოხატული კედლის ნარღვევები, ამოკვეთილი ორნამენტებით შემკული ბათქაშები.

ნაციხარზეც და ნაქალაქარზეც აღმოჩენილია რიგითი მოქალაქეების მიერ რიყის ქვით ნაშენი წრიული და ოთხკუთხა საცხოვრებელი და სამეურნეო ნაგებობები (სამზარეულო, მარანი, სახაბაზო, თონეები და სხვ.)

რუსთავი ხელოსნობისა და ვაჭრობის ცენტრი იყო. ამას დიდად შეუწყო ხელი ცნობილი და მნიშვნელოვანი საქარავნო გზების სიახლოვემ, რომლებითაც იგი მახლობელ აღმოსავლეთს, სომხეთს, ირანს და სხვ. უკავშირდებოდა. ქალაქში ცხოვრობდნენ დიდგვაროვანი ფეოდალები, დიდი საეკლესიო პირნი, ვაჭარ-ხელოსანთა და მწარმოებელთა ძლიერი ფენა. მოსახლეობის დიდ კულტურაზე მიუთითებს საოჯახო თიხის ნაწარმზე, სამშენებლო კერამიკასა და საფლავის ქვებზე ამოკვეთილი ქართული წარწერები.

რუსთავში მრავალი სამეურნეო დარგი ყოფილა განვითარებული. მაგალითად, კერამიკული, მინის, ქვის, ხისა და სხვა წარმოება. ამას ადასტურებს აქ აღმოჩენილი ჭურჭელი, სამეურნეო და საბრძოლო იარაღები, ქსოვილის ნაშთები. საგანგებოდ უნდა აღნიშნოს ქურები, განსაკუთრებით კარგად შემონახული კრამიტის გამოსაწვავი სამი დიდი ქურა დამხმარე სათავსოებითურთ, რომელიც IX-X საუკუნეებს მიეკუთვნება.

სხვა ქვეყნებთან რუსთავის ურთიერთობაზე მეტყველებს აქ შემოტანილი და აქედან გატანილი ნაკეთობათა ნიმუშები. აგრეთვე მრავლად მიმოფანტული ან განძის სახით აღმოჩენილი ქართული და უცხოური მონეტები - ლითონის ფული (VI, VII, X, XI, XII-XIII საუკუნეებისა). XII-XIV საუკუნეთა ყველაზე მრავალრიცხოვანი მონეტები ქართულია.

წერილობითი და არქეოლოგიური წყაროების მიხედვით რუსთავი იყო ტიპიური ქართული ქალაქი, სადაც ქართველი მოსახლეობა ცხოვრობდა. მას საქართველოს სხვადასხვა მხარეებთან, ასევე გარე სამყაროსთან, მჭიდრო სავაჭრო-ეკონომიკური ურთიერთობები ჰქონდა.