1982年,甘肃省文物工作队对遗址进行第五个年度的发掘。发掘点选在邵店村东约1公里处清水河南岸的第二级河谷阶地上,总编号为第九区。文化层堆积分为五层,第二至五层均为仰韶晚期的文化层。发掘工作历时4个月,开探方13个,实际揭露面积1050平方米。共发现房址25座、灶坑8个、灰坑77个、窑址6座,出土陶、石、骨、角、蚌器等1200余件,内属单一的仰韶文化晚期遗存。这次发掘较全面地揭示了甘肃东部地区仰韶晚期文化面貌。同年10月,在第五发掘区又发掘到一座距今约5000年的绘有地画的房基遗址(编号为F411)。
1983年,考古工作者开始了第十区的发掘。第十区位于遗址半山腰一修整过的水平梯田上,介于第五区和第九区之间,距清水河1公里许,距河床垂直高度约80米。在第十发掘区发现一座罕见的仰韶文化晚期距今约5000年左右的特大型房址(编号为F901,坐落在第十区北半部)。发掘人员历经两年,于1984年8月基本将其揭露出来。
1984年,考古人员继续对F901房址详细探查。同时,在第十发掘区首次发现类似于甘肃镇原常山下层的文化遗存。遗存叠压于仰韶文化晚期之上,分布面积235平方米,发现白灰面房址2个、灰坑5个,出土少量的陶、石、骨器。历时七年的大地湾遗址考古发掘至1984年8月暂告一段落,揭露面积达1.38万平方米,清理新石器时代房屋遗址241座、窑址35个、墓葬76座、灰坑378个、灶址104个、壕沟9条,共获得出土文物8000余件。
1986年,经省编办批复,成立了由省文物局直属的大地湾文物保护研究所。大地湾遗址1988年被国务院公布为第三批全国重点文物保护单位。1994年中共甘肃省委确定为“甘肃省爱国主义教育基地”。1995年进行了补充发掘,共揭露遗址1.4平方米。1999年,省政府划定公布了大地湾遗址的保护范围和建设控制地带。2003年,省政府公布实施《大地湾遗址保护规划》。2006年《秦安大地湾新石器时代遗址发掘报告》出版。2010年,完成F901原始宫殿遗址道路硬化工程。2011年完成F301区域部分遗址保护棚的建设并实现大地湾博物馆免费开放。