北庭故城為內外兩重城，城牆均系夯築，形制基本一致。內外城都有敵台、角樓和較密集的馬面，外城還有曲折的甕城，北有羊馬城，城牆之外均有寬闊的護城濠。平面佈局和構築特點完全反映了中原傳統築城技法在西域地區的推廣使用之典範。古城規模之宏大、規劃之周詳、防守之嚴密與北庭大都護府的政治、軍事地位及其作為中亞草原地區的統治中心完全相符合。十九世紀末至二十世紀下半葉，外國探險隊和我國考古工作者曾多次對這座古城進行考古調查和發掘，也測繪了詳略不一的平面圖。
    唐貞觀十四年(公元640年)，大唐在東天山北坡北庭故地設立「庭州府」，武則天長安二年(公元702年)，改「庭州府」為「北庭大都護府」管轄天山以北的廣大西域草原地帶。該時期北庭大都護府大興土木，擴城池建佛寺，先後建有「應運太寧寺」、「高台寺」、「龍興寺」等，我們現在依然可以看到的北庭故城遺址和其中的西大寺、5號、6號佛教建築遺址便應該是那時的產物。
 
　　唐文宗開成五年(公元840年)，回鶻部自鄂爾渾河流域大舉西遷，其中一部分定居北庭一帶，北庭都護府城池被其沿用。回鶻人原在漠北時，信奉摩尼教，於唐鹹通七年(公元866年)，高昌回鶻政權建立後，始皈依佛教。北庭故城西大寺遺址壁畫中，現存有「亦都護(高昌國王)」、「長史」、「公主」之像。元惠宗至正六年(公元1346年)，禿黑魯貼木兒之子即位察合台汗，在位期間曾對別十八里和高昌地區進行「聖戰」，毀壞城池、搗毀佛寺、殺害佛教僧侶，強迫當地居民改信伊斯蘭教。北庭故城毀於斯時。
   2016年7月16日，中國社會科學院考古研究所新疆隊再次進駐新疆吉木莎爾縣北庭故城開展考古發掘工作，發掘地點為古城南城門遺址與關聯外城城牆遺址。預期的學術目標是初步搞清南城城門與城牆構築年代、構築方式，以及是否存在多次修葺、增建、擴建等現象。
    
　　南城門位於南牆中部，門址已毀成大豁口，一條鄉村公路從中間通過。公路西側殘存兩座南北相對間距約15米的小夯土台，其中北座小夯土台與西面和東面的城牆呈一條直線；從地形來看，南門外的環壕在此並非呈直線，而是向外突出，環壕的寬度亦變小。以此判斷，南門有甕城，這兩個夯築台即為甕城西牆牆體殘存部分。
    考古調查資料顯示，北庭故城有內外兩重，外城平面呈南北方向的不規則長方形，周長4596米，四角有角樓，城牆有外凸的馬面和敵台，東、西、南、北牆中部各有城門一座，北牆中部外還有一座與北牆相接的近長方形（170×117米）的羊馬城；內城位於外城中偏東北部，周長3003米。內外城外均有環壕。
    　現階段考古發掘的一條位於南門西側長三十多米，深0.6—1.5米不等的的探溝，沿著一段馬面殘體東緣，從北向南階梯狀延伸進入城壕。探溝剖面清楚地顯示出馬面和城牆（殘存一小段城牆遺跡）下一條近於水平的地層線，該地層線以上均為夯土層，夯層厚6——10厘米不等，土色多呈黃色，部分呈灰色或灰褐色（與土的來源有關），夯層的連續性強，應為一次性夯築而成；夯層以下為較厚的灰色土，土質較雜，其中夾有具有唐代特徵的陶器殘片、方磚殘塊等及一些碎畜骨，在探溝中段一處夯層下約10厘米的灰色土層中，出土一枚開元通寶。從跡象分析，此段的夯層建築並非如一些調查資料所說的「（城牆）直接建於原生土上」，而是建於唐代地面之上。
      　城外有環城壕溝，城牆和馬面與壕溝之間有緩坡斜台。探溝剖面顯示，緩坡斜台至上而下有現代堆積、現代路土、含雜唐代遺物的地層與路土。緩坡斜台下的壕溝邊緣的地面為現代坍塌堆積土，堆積土下有一層灰色雜土，局部比較堅硬，土質呈片狀和水平紋理狀，含夾有鈞瓷碎片，再下為坍落的含雜有唐代陶片等遺物的灰色地層。中國社會科學院考古研究所78歲的蔣忠義老師對這段地層十分關注，他分析推斷，這層含雜有鈞瓷片的地層為宋代的堆積與路面，疊壓在唐代的坍落地層上。從整體觀察，城牆、馬面夯層之下的灰色土層中，含雜的遺物均為唐代的遺物，未發現宋代的遺物。從地層學的角度來看，此段城牆與馬面建於唐代地層之上，宋代地層又疊壓在唐代地層之上，其年代肯定早於宋代，為唐代建築無疑。
 
　　這一考古結論，對於認識和解決北庭故城的建築年代提供了重要的依據，也就是說直接證明了現有古城遺址、遺跡均為唐代建築。探溝剖面地層還顯示，唐代城外有便道，位於城牆之下的緩坡斜台上；宋代外移至壕溝的邊緣。
    最新的考古工作表明北庭故城南城城門、城牆均始建於唐代，至於唐代初始建設年代還需要進一步資料分析、標本測試等研究工作進展來確認。從城牆牆根部分發現的地層堆積情況來看，宋代回鶻沿用北庭都護府城池時原城保存狀況良好。回鶻人並未大規模擴建，甚至連唐代自然損壞堆積在城牆外牆根部的堆土都沒有清理，只是不再使用唐時緊貼城外牆位於城牆之下的緩坡斜台上的便道，而是把便道外移到城牆外側至護城壕壕溝的邊緣。也就是說懶得清理接手後城池城牆牆根的堆土，只是在堆土外圍重新走出了一條新的便道。
 
　　其他調查工作也表明北庭故城遺址現存馬面、敵台、角樓和甕城等都使用了紝木的築城方法，內外城現存城門遺址還完整保存了過梁式木構城門洞，留存有完整的排叉柱痕跡。馬面、敵台、角樓、甕城和羊馬城等的設置是唐代盛行的軍事性防禦城池構築方法，過梁式木構城門洞盛行於唐代（宋代因火藥廣泛使用木構城門逐漸廢棄至元代已完全改為磚券門洞）。北庭故城平面佈局和構築特點完全反映了我國中原地區傳統的築城技法在西域地區推廣使用的歷史真實情況。而古城規模之宏大、規劃之周詳、防守之嚴密是與北庭大都護府的政治、軍事地位及其作為天山以北廣大中亞草原地區的統治中心地位完全相符合的。
 
　　總之，北庭故城是一座規模宏大，平面規制佈局、築城特點技法等均採用中原傳統建築規範與工藝模式的西域大型城池。它不僅發映出北庭大都護府與中央王朝的關係和大唐風範，而且其規模也顯示出其至高無上的歷史地位與作用。目前，考古清理發現的南城城門、城牆、馬面、甕城的規模、形制已經為北庭故城考古遺址公園的下一步工作提供了條件：一是對現有遺址、遺跡的有效保護與展示提供了依據；二是對於北庭故城考古遺址公園復原北庭大都護府南城城門原貌，再現大唐北庭城（北庭大都護府）當年雄峙西域、藐視一切的王朝氣象，提供了基礎學術根據。
 
　　至於現存整個北庭古城遺址（有人認為內城建於高昌回鶻時期，外城現有遺跡、遺址均為宋代回鶻時期重修）是否都是同一時期所建；古城遺址始建於庭州時期或北庭大都護府時期，還是建於北庭節度使時期等問題，目前的發掘工作雖然僅為開端，揭露的面積、部位有限，但是也在一定程度上回答部分疑問。眼下我們已經完全可以肯定的是北庭故城遺址現有規模完全為唐代構築。現在的古城遺址毫無疑問就是當年大唐統治中亞天山以北廣大草原地帶的政治、軍事、經濟、文化中心，同時也是絲綢之路古代天山道的關鍵核心節點。當然，北庭故城遺址的形制佈局和其他關聯問題的解決仍缺乏更加詳細的考古依據，但是隨著下一步考古工作計劃的逐步實施一定又會不斷地有新的考古收穫。更多更新的北庭故城考古發現和研究成果可以期待也值得期待。