בית הכנסת תפארת ישראל (איור 2) נבנה בשנת 1877 במרכז הרובע היהודי, בין רחובות תפארת ישראל מצפון והקראים מדרום, בית הכנסת הקראים ממערב וישיבת הכותל ממזרח. בעת כיבוש העיר העתיקה על ידי הלגיון הירדני, בחודש מאי 1948, הופגז המבנה ונהרס. בשנות ה-70 של המאה שעברה נערכו חפירות ב'בית השרוף' (שטח ב') מצפון לבית הכנסת וברובע ההרודיאני (שטחים ו', מ' ופ') מדרום לבית הכנסת (Geva 2010).

בחפירות נחשפו חמש שכבות יישוב (VI; איור 3) שתוארכו לתקופות הברזל 2, הרומית הקדומה (ימי הבית השני), הביזנטית, הממלוכית והעות'מאנית. רבים מהשרידים בחפירה נפגעו במהלך בניית בית הכנסת, ובפרט בעת בניית האומנה המרכזית שלו. בין שתי עונות החפירה נערכה בשנת 2018 חפירה מטעם רשות העתיקות בפינה הצפונית-מערבית של השטח (צ'חנובץ 2020).
 
שכבה V — תקופת הברזל 2. במרכז שטח החפירה נחשף קיר (כ-4 מ' אורך, 0.6 מ' רוחב), שנבנה משתי שורות של אבני גוויל בכיוון צפון–דרום והשתמר לגובה שלושה נדבכים (0.6 מ'). אל צִדו המזרחי של הקיר ניגש מפלס טיח לבן, שנמצאו בו חרסים ממורקים מתקופת הברזל 2. בחלקו הדרומי של הקיר נחשף פתח (0.6 מ' רוחב) ומעבר לו נחשף קיר ניצב (2.25 מ' אורך) שנבנה לכיוון מזרח. שני הקירות ומפלס הטיח הם יחידה אדריכלית אחת. ממערב נחשף מתקן מעוגל חצוב בסלע, ובו חרסים המתוארכים למאה הח' לפסה"נ. בחלקו הצפוני-מערבי של השטח נחשף קיר נוסף, שנבנה בכיוון מזרח–מערב משורת אבני שדה שלוכדו בטיט ובוץ. בין האבנים ותחתיהן נמצאו שברי קערות מחופות המתוארכות למאות הח' והז' לפסה"נ.
 
שכבה IV — התקופה הרומית הקדומה. מתקופה זו נחשפו שרידים וממצאים רבים, רובם ככולם מתוארכים לשלהי ימי המרד הגדול. נחשפה שכבת שרפה (כ-0.5 מ' עובי), ובה קטעי קורות עץ שרופים, שברי כלי חרס מרוסקים, שברי כלי זכוכית, כלי אבן, עצמות דג ושני מטבעות. כן נמצאה משקולת אבן עגולה (איור 4) שעליה נחרתה כתובת בת שתי שורות בארמית: "נדברי קתרס". משקולת דומה נמצאה בחפירות נחמד אביגד בבית השרוף, המרוחק מטרים אחדים מצפון-מערב לבית הכנסת תפארת ישראל (גבע, גוטפלד וננר-סוריאנו תשע"ז: 116–117).
בחלקו המזרחי של השטח התגלה מקווה מטויח (איור 5). פתח המקווה נקבע ממערב, וממנו ירדו לכיוון מזרח שלוש מדרגות בנויות ואז פנו צפונה. החלק המרכזי של המקווה נפגע מהקיר הצפוני הפנימי של בית הכנסת, והחלק המזרחי של המקווה נפגע מקיר שנבנה בתקופה הביזנטית. עם פירוקו של הקיר מהתקופה הביזנטית התגלתה בריכה (0.75 × 1.00 מ', 1.65 מ' עומק) הצמודה למקווה ממזרח; המקווה והבריכה טויחו בטיח הידראולי אפור.
במרכז שטח החפירה וממערב למקווה נחשף מילוי מסיבי של אדמה בצבע חום-אדמדם, שמעורבים בה אבני גוויל קטנות רבות וחרסים רבים, המתוארכים ברובם לתקופה ההלניסטית (המאות הג'–הב' לפסה"נ) ובמקצתם לתקופת הברזל. במכלול החרסים נמצאה ידית אמפורה הנושאת טביעה ביוונית: supartou, שם המוכר מטביעות על אמפורות מהאי קוס.
בחלקו המערבי של השטח נחשף קמרון שהשתמר היטב (איור 6), שקירה מחסן חצוב שטויח בטיח בהיר. המחסן נחתך על ידי אחד מקירות בית הכנסת, ולאחר שהקיר הוסר בחפירה בשנת 2018 (צ'חנובץ 2020), נחשף המשכו של המחסן לכיוון צפון. מעל קרקעית הסלע של המחסן נחשפה שכבה של ממצא חומרי עשיר, הכולל שברי כלי חרס מקומיים ומיובאים, מסמרי ברזל רבים, מסמרי ברונזה, טבעות, עשרות מטבעות, ובהם למעלה מתריסר מטבעות משנה ד' למרד הגדול (איור 7), כפית מברונזה, כלי עצם, שברי פרסקאות מעוטרים בצבעים מרהיבים, עמוד שולחן מביטומן וכלי אבן. מעל שכבת ממצא זו נחשפה מפולת של אבני קמרון מפויחות (איור 8) ומעליה רעפי לגיון, כנראה שרידים מסוף ימי המרד הגדול וחורבן העיר. מעל שכבות אלה התגלה מילוי אדמה, שמעורבים בו ממצאים רבים, ובהם שברי כלי חרס, נר הרודיאני תמים, שברים של כלי זכוכית וכלי אבן, כלי עצם מעובדים ומטבעות. על גבי מילוי האדמה במחסן נמצאו שני רעפי חרס, המאוחרים לימי הבית השני.
מצפון למחסן נחשף קיר שנבנה מאבני גיר קשות מסותתות היטב, שלמרגלותיו מתקן (0.5 × 2.0 מ') מטויח בטיח הידראולי אפור, בנוי בכיוון מזרח–מערב; המתקן ממשיך לצפון אל מתחת לרחוב תפארת ישראל (לא נחפר). על רצפת המתקן נמצאו ממצאים רבים מימי הבית השני, בעיקר חרסים ומטבעות משנה ד' למרד. ממזרח למחסן נמצא מתקן נוסף מטויח בטיח אפור, שנהרס ברובו על ידי אותו קיר בית כנסת שחתך את המחסן, ורק צִדו הדרומי השתמר.
בצפון השטח התגלה קיר נוסף (3 מ' גובה השתמרות) מדופן בטיח הידראולי. בנדבך העליון של הקיר זוהתה התחלה של קמרון לכיוון דרום, שנחתך על ידי קיר מהתקופה העות'מאנית; נראה כי הקיר היה חלק מבור מים. במילוי עפר צמוד לקיר נמצאו ממצאים רבים מימי הבית השני, ובהם מטבעות משנה ד' למרד הגדול, שרידי פרסקאות, כלי אבן, פיסות ברונזה וחרסים רבים.
 
שכבה III — התקופה הביזנטית. נחשפו שרידים של מבנה, ובו חדר מלבני גדול (4.0 × 5.5 מ') וממערב לו חלק מחדר נוסף. קירות המבנה נבנו מאבנים מסותתות שטויחו בטיח לבן וחלקן אף בטיח צבעוני. החדר רוצף בפסיפס לבן שעוטר בדגמים צבעוניים, ובהם פרחים אדומים; השתמרו ממנו רק שלושה קטעים באופן חלקי.
בחלקו הצפוני של השטח נחשפו שני קירות, שנחתכו על ידי קיר של בור מים מהתקופה העות'מאנית. הקירות נבנו מאבנים מסותתות היטב, האחד בכיוון צפון–דרום והשני בכיוון מזרח–מערב, והשתמרו לגובה שלושה–ארבעה נדבכים. ייתכן ששני הקירות יצרו פינה של מבנה גדול. נראה כי שני הקירות המשיכו לצפון אל מחוץ לשטח החפירה, מתחת לרחוב תפארת ישראל (חלק זה של הקירות לא נחפר). כן נתגלו חרסים רבים המתוארכים לתקופה הביזנטית.
 
שכבה II — התקופה הממלוכית. מתחת למפלס מרתף בית הכנסת נחשפו שרידי מבנה גדול, בנוי היטב, מן התקופה הממלוכית. פתח המבנה נקבע בקירו המזרחי, ומוליכה אליו סמטה מרוצפת באבני גיר קשה, חלקן בצבע אדמדם. בפתח מזוזות שהשתמרו היטב וסף אבן שממנו ירדו לרצפת המבנה העשויה מטיח עבה. רצפת הטיח נפגעה מהאומנה המרכזית של בית הכנסת, אך קטעים ממנה השתמרו בעיקר מצפון לאומנה וכן ממזרח ומדרום לה. הקיר הצפוני של המבנה נבנה משתי שורות של אבני גיר קשה מהוקצעות, וצדו הצפוני טויח בטיח לבן, עדות לקיומו של חדר נוסף מצפון. הקירות המערבי והדרומי של המבנה נבנו היטב וטויחו בטיח לבן; הם השתמרו לגובה ניכר. נראה כי קירות המבנה עשו שימוש בקירות מהתקופה הביזנטית שהוגבהו בתקופה הממלוכית, יחד עם הגבהת רצפת המבנה. בקיר המערבי של המבנה נקבעו שני פתחים, שהובילו אל שני חדרים צדדיים; החדר הצפוני רוצף ברצפת טיח עבה ובחדר הדרומי נחשפו שרידי כבשן או תנור גדול. בתוך המבנה התגלו ממצאים מהתקופה הממלוכית, לרבות ידית קנקן שעליה טביעה בערבית: "אללה מוחמד".
בקצה המזרחי של השטח נחשף בור מים עמוק (3.5 × 3.5 מ', 7 מ' עומק; איור 9) מקורה בקמרון. הקמרון נפגע בחלקו הדרומי מעבודות בנייה בראשית המאה הנוכחית בחנות שממזרח לאתר, וחלקו הצפוני של הבור נחתך על ידי קיר שנבנה בכיוון מזרח–מערב. הקמרון פורק בשל מצבו הרעוע והבור נוקה לחלוטין. בור המים טויח בטיח הידראולי אדמדם, ברצפתו התגלה בור שיקוע קטן. בור המים נמצא מלא בפסולת בניין, שכללה גם פריטים אדריכליים אחדים ואבני בנייה של בית הכנסת. מבנה הבור, צורת הקמרון, סוג הטיח, וכן מיקומו הסטרטיגרפי, מאפשרים לתארכו לתקופה הממלוכית.
בחלקו הצפוני של השטח התגלה קיר רחב (1.5 מ'), שניגשה אליו רצפה עשויה מלוחות אבן גדולים. בפירוק לוחות האבן נמצא מטבע ממלוכי המתארך את הרצפה והקיר לתקופה זו; כן נמצאו חרסים מזוגגים רבים, בעיקר של קערות, מן התקופה הממלוכית.
 
שכבה I — התקופה העות'מאנית (בית הכנסת תפארת ישראל). בחלקו הדרומי המוגבה של השטח נחשף בור מים צר וארוך (כ-1.0 × 1.5 מ', 4 מ' עומק) שהשתמר בשלמותו. צמוד לבור המים מצפון נחשף בור מים נוסף (1.70 × 8.25 מ', 4 מ' עומק), שטויח בטיח הידראולי אפור; בבור זה נמצאו אבני בנייה רבות שמקורן כנראה בקמרון שקירה את הבור. במרכז בית הכנסת נחשפה אומנה מרכזית שתמכה את קמרונות המבנה. בעת פירוק האומנה התגלה בתוכה מתקן מים מטויח בטיח הידראולי עבה ומערכת של צינורות עופרת וברזל הקשורים האחד בשני. אבני האומנה שפורקו מוספרו ונשמרו לשימוש חוזר בבניית בית הכנסת. מצפון לאומנה נחשפו כמה מתקנים שנבנו בקומת המרתף של בית הכנסת (איור 10). צמוד לקיר המזרחי (החסר) של בית הכנסת התגלה מתקן סגלגל מטויח, וסמוך לו מדרום התגלתה תעלת מים מקורה, שמקורה במתקן המים שבאומנה המרכזית. מדרום לתעלה נחשף ריצוף של לוחות אבן קטנים, הניגש לאומנות המזרחית והמרכזית של בית הכנסת. מצפון לתעלה נחשף תנור לבנים, אולי מתקן חימום בבית הכנסת. התנור הכיל שכבת אפר עבה וקורה בסבכת ברזל. הגישה אל התנור הייתה מצפון, מחדר שירדו אליו ממערב בשלוש מדרגות. ממערב לאומנה המרכזית של בית הכנסת נחשפה תעלת ניקוז מקורה בלוחות אבן גדולים; היא נחתכת על ידי מקוואות בית הכנסת שעמדו חשופים בצדו הדרומי של השטח ושנבנו כנראה בשלב מאוחר יותר. בצדו הצפוני ביותר של בית הכנסת נוקה בור מים נוסף (2 × 10 מ', 4 מ' עומק), שנבנה בכיוון מזרח–מערב וטויח בטיח הידראולי אפור; הוא קורה בקמרונות שפורקו עם תחילת העבודות. דופנות הבור (10 מ' אורך, 1.5 מ' רוחב) הושתתו בחלקם על גבי קירות קדומים מהתקופות הממלוכית והביזנטית ובחלקם על גבי סלע אם. בחפירה במילויי אדמה שהצטברו בבורות המים הצפוני והדרומיים לאחר חורבנם בשנת 1948, נמצאו ממצאים שמקורם בבית הכנסת, כגון שברי נברשות מזכוכית ושברים של תנורי חימום, ובהם שני חלקי מתכת מעוטרים.
 
בחפירות במתחם בית הכנסת תפארת ישראל נמצאו שרידים רבים ומרשימים שתחילתם בראשית ההתיישבות בגבעה הדרומית-מערבית במאה הח' לפסה"נ, ואחריתם בחורבן בית הכנסת לאחר נפילת הרובע היהודי בירושלים לידי הלגיון הירדני בחודש מאי 1948. במחסן ובבור מים מימי הבית השני התגלו ממצאים רבים ומגוונים, ובהם משקולת אבן ועליה כתובת בארמית. נראה כי אלה הם שרידים של בית מגורים גדול, דוגמת בית המידות שנחשף על ידי נחמן אביגד ברובע ההרודיאני, במרחק מטרים אחדים מדרום-מזרח לבית הכנסת תפארת ישראל. עשרות המטבעות משנה ד' למרד מרמזים כי המבנה ננטש כבר בשנת 69/70 לסה"נ, מעט לפני חורבן בית המקדש ושרפת הרובע היהודי בחודש אלול שנת 70 לסה"נ.