经过2个月挖掘，新疆文物考古研究所在罗布泊地区发现了东汉至魏晋时期的古城，根据古城及周围墓葬遗物、古城建筑风格、古城地理方位等推测，该古城应为楼兰国的都城楼兰城，附近还有数座墓葬分布。初步清理发掘出木盘、铜镜、木梳、纺织品等遗物。
据新疆文物考古研究所副研究馆员胡兴军介绍，古城修筑于黄土台地上，由于罗布泊区域盛行东北季风，古城仅存西南至东北的部分墙体，断断续续连接成半圆形，墙体宽2.2至2.7公尺，残存最高2.5公尺。根据残存墙体复原，该古城呈圆形，直径为300公尺左右。对古城遗址顶部残留的红柳枝、芦苇等进行碳十四测定表明，该古城墙体的年代为东汉后期至魏晋前期。
这座古城西边距离古墓沟墓地27公里，东南距离瑞典探险家斯文赫定于1900年发现的楼兰古城约57.5公里。考古人员在古城内及周边地表发现陶片、铜箭镞、铜手镯、铜扣、铜环、环首铁刀绞胎玻璃珠等遗物，以汉晋时期为主。
考古人员对古城附近的3座墓葬进行挖掘，编号为M1的墓葬为带墓道的竖穴土坑墓，墓道位于竖穴南侧，整体呈甲字形，墓地已被盗掘，人骨散落在墓室内外，估计有6具人骨，在填土中清理出铜镜残片、银耳环、碳精珠、马蹄形木梳、木箭杆、织锦残片等遗物。编号为M3的墓室内人骨散乱，至少有30具个体。
胡兴军介绍，M1、M3中出土织锦残片显示，墓葬形制规格较高，非一般平民所能拥有，墓地可能是楼兰国早期贵族墓葬；出土器物多角弓、羊头等，显示出西域诸国时期引弓之民的特征。胡兴军表示，目前，学术界普遍认为，西域土着诸国建立的城池都应为圆形，而该古城无论形制、构筑方式，还是地表遗物、周围墓葬材料等，都符合西汉时期的楼兰城特点。胡兴军说，《水经注》记载，楼兰国都城位于北河北岸，北河即为孔雀河。他推测，咸水泉古城应为楼兰国都城楼兰城，斯文赫定发现的楼兰古城，应该是楼兰国更名为鄯善国后迁都所建的扜泥城。
