城外的水塘可能就是原來的護城河，夯土的城墻和寬闊的護城河共同構成了古城的防禦體系，顯然這是一種比較成熟的築城思路。
儘管城頭山作為古城遺址得到初步確認，但是，由於發掘城址相當複雜，更重要的是缺乏經驗，發掘計劃被謹慎地擱置下來。
一座初現端倪的古城隨即被時間的塵埃掩埋了，那些高崗下令人期待的秘密又陷入沉睡之中，它們在等待著蘇醒的一天，而這一等就是12年。
1991年10月下旬，由於工作的原因，何介鈞再次來到了城頭山。曹傳鬆借這個機會又提起了研究城頭山的事，希望能對古城作一個小型調查挖掘，以便為今後的研究尋找一些線索。何介鈞欣然同意。
他們首先選點對古城的範圍進行測量，結果卻對城的年代產生了疑問。
何介鈞介紹說：這個城是圓形的，不大可能是戰國時期的。很多戰國城都是方形的，這個城很可能比戰國早，當時想是否是商代的城。
隨後，曹傳鬆與另外一位專家展開了試驗性挖掘。他們選擇在城墻的西南轉角處，順著一條橫跨城墻的小道規劃了一條長19.5米、寬 1.5米的探溝，然後開始向下挖掘，這樣就可能判斷出築城的年代和城墻建造的方法。
他們很快發現了石家河文化的地層，古城的年代遠遠超越了過去的判斷。
石家河文化是長江中游地區的晚期新石器文化，因發現於湖北天門石家河而得名，距今約3800年到4600年，雖然當時是原始社會，卻進入了典型的酋邦社會，其時在中原地區則已掀開了夏代奴隸社會的歷史。
城頭山發現大量的石家河文化的陶器顯然具有劃時代的意義，這是誰都沒有料到的。
就在大家興奮不已的時候，探溝底部又發現了另外一種類型的陶器，這種陶器泥質薄胎，以黑陶、灰陶為主，多為素面陶，器形包括高領罐、雙腹豆等等，而這些特征和石家河文化的陶器截然不同，是典型的屈家嶺文化中期的黑陶簋。
屈家嶺文化因在湖北京山屈家嶺發掘而得名，同樣是長江中游地區的晚期新石器文化代表，但它的年代卻要早於石家河文化數百年，距今約4600多年至5300年，比傳說中的堯舜禹時期還要早200年以上。
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