מתחילה הוסר חלק מתקרת המערה במטרה לאפשר חפירה מסודרת ובטוחה, ולאחר מכן נפתחו שני ריבועי חפירה, מערבי ומזרחי (כ-2 × 4 מ' כל אחד), המרוחקים כמטר אחד זה מזה. חלקה המזרחי של המערה, הסמוך לפתח, הופרע קשות בימינו בעבודות תשתית ולכן התמקדה החפירה במרכז המערה ובמערבה. אל פתח המערה מוליך מסדרון, המנצל שקע טבעי בסלע (כ-4.5 מ' אורך, כ-2 מ' רוחב; איור 1); בקצה המערבי של המסדרון נחצב גרם מדרגות צר. פתח המערה פונה למזרח ונחצב בסלע נארי; בשעת הזריחה נכנסות קרני השמש הראשונות אל תוך המערה. מתארה של המערה אינו סדור וגובהה אינו קבוע. שכבות 4–1 נחשפו רק בחתך עמוק וצר שנערך בריבוע המזרחי.

 
הריבוע המערבי (איור 2)
בחלק הצפוני של הריבוע נחשפה אדמה בצבע חום כהה, ובה אבני מפולת רבות וכן חרסים מתקופת הברונזה הקדומה, שברי גוף מצולעים של כלי חרס מהתקופה הרומית, שברי קערה מהתקופה הביזנטית וכמה עצמות בעלי חיים. בשל מפולת האבנים חפירת הריבוע צומצמה. נראה כי מקורן של אבני המפולת בקיר או בקירות מהתקופות הרומית והביזנטית, שפגעו בשכבות הקדומות במערה.
בחלק הדרומי של הריבוע התגלתה קרקע בצבע חום בהיר, ובה רק מעט אבנים קטנות וחרסים מתקופת הברונזה הקדומה.
 
הריבוע המזרחי
שכבה 4. בשלב הקדום ביותר נתגלה רובד של חומר לבן, אולי בלייה של קרקעית סלע הקירטון של המערה שהתרככה כתוצאה מהלחות במערה. מעל רובד זה נחשפה קרקע אפורה-חומה, ובה שברים גדולים של כלי חרס מתקופת הברונזה הקדומה 3, ובהם קערות, טסים, פערורים וקנקנים.
 
שכבה 3. במהלך תקופת הברונזה הקדומה 3 הונח מעל שכבה 4 מפלס של אבנים (איור 3). מעל מפלס האבנים הצטברה קרקע חומה בהירה (L118), ובה שברי כלי חרס גדולים מתקופת הברונזה הקדומה 3, שבולטים בהם בעיקר שברים של טסים וקערות עמוקות מחופות אדום המתוארכים לשלב מאוחר בתקופה, כמוהם נמצאו בתל ירמות ובתל עזקה (רישיון מס' 13/2015-G). לא נתגלו כמעט כלי בישול ואגירה. עוד נמצאו בהצטברות הקרקע כמה עצמות בעלי חיים, נתזי צור וכן כמה עצמות אדם, ובהן פרקי אצבעות ושיניים של נער כבן 14 (י' נגר, מידע בעל פה). עצמות האדם מלמדות אולי כי בשלב זה נעשה במערה שימוש הקשור לקבורה, עם זאת אי אפשר לקבוע בוודאות כי במערה נערכה קבורה מסודרת בשל התערבות חרדים ודרישתם להפסיק את החפירה.
 
שכבה 2. בשלב מאוחר יותר בתקופת הברונזה הקדומה 3 נבנה קיר (איור 4), שביטל את מפלס האבנים משכבה 3; השתמרותו גרועה. נראה כי הוא שימש מחיצה לחלוקת המערה. אל קיר זה ניגשת הצטברות של קרקע חומה בהירה, ובה חרסים מתקופת הברונזה הקדומה 3, שבולטים בהם פערורים וקנקנים המעידים על בישול ואגירה. בולט בממצא שבר של קנקן אגירה שאינו מקומי, עשוי מטין אדום נטול חסמים, המזכיר טין של כלי אגירה מצריים. בכלי תערך בדיקה פטרוגרפית. גילוי כלים מצריים בשכבות מתקופת הברונזה הקדומה 3 בארץ ישראל נדיר ביותר.
 
שכבה 1. התגלו שרידי קיר, שנבנה הישר מעל הקיר משכבה 3 (ר' איור 4). אל קיר זה ניגשת קרקע חומה, ובה חרסים קטנים מתקופות הברונזה הקדומה 1ב', הברונזה הקדומה 3 והרומית–הביזנטית. ייתכן שקיר זה משקף פעילות ביתית, שהובחנה גם בריבוע המערבי. פעילות ביתית זו באה לביטוי גם בשברים גדולים של סיר בישול מתקופה זו, שלוקטו טרם החפירה בשטח המערה.
 
על סמך הממצא הקרמי במערה נראה כי שלב השימוש הקדום ביותר בה היה בתקופת הברונזה הקדומה 1ב'1 (שלב 'ערני C'), במקביל לאתרי יישוב כמו תל ירמות, אתר 286 ברמת בית שמש (אייזנברג וסקלר 2000; שלו 2015), אשתאול והרטוב (גולני ואחרים 2016). ממצא קרמי זה התגלה במערה במפלס גבוה שהופרע, יחד עם חרסים מהתקופות הרומית–הביזנטית, ועל כן אי אפשר לקבוע מהי הפעילות שנערכה במערה בתקופה זו. עיקר הפעילות במערה התרחשה בתקופת הברונזה הקדומה 3, ואפשר שחלקה כלל קבורה. ברמת בית שמש התגלו שלוש מערות קבורה בנות תקופה זו, מהן שתיים נחפרו (הרשאות מס' A-2344 ,A-2305). נראה כי בשלב מאוחר בתקופת הברונזה הקדומה 3 הפעילות במערה הייתה קשורה באגירה ובישול ואולי אף במסחר כלשהו. ייתכן שיש לקשור את הפעילות במערה בשלב זה להגברת הייצור החקלאי במרחב תל ירמות עת הקמתו של הארמון המונומנטלי. שלב השימוש המאוחר ביותר במערה מתוארך לתקופות הרומית–הביזנטית, ואפשר שבשלב זה שימשה המערה למגורים.