הכפר בירסמה מופיע לראשונה במקורות היסטוריים במחצית המאה הב' לסה"נ, בגיאוגרפיה של קלודיוס פתולומאיס (5.16.10) ולאחר מכן ב-Notitia Dignitatum (סוף המאה הד'–ראשית המאה הה' לסה"נ), שם הוא מתואר כבסיס צבאי ובו מצודה המאוישת על ידי Equites Thamudeni Illyriciani (Or. 34.10, 22). הוא מופיע גם בקודקס תיאודוסיאנוס (438 לסה"נ) שבו נזכר האתר כ-Castellum Versaminum. על פי ההיסטוריה הכנסייתית של סוזומן (440–443 לסה"נ), התגוררה באתר 'גרריס' (השם שניתן לאזור הדוכסי שבו נמצא האתר) אוכלוסייה נזירית. בירסמה רשומה כמרכז מִנהלי אזורי ב-Descriptio Orbis Romaniשל גיאורגיוס קיפריוס (600 לסה"נ בקירוב). כתובות שנמצאו בחפירת הכנסייה מציינות אדם בשם הלדיוס מההגמוניה של גררה.

 
נפתחו תשעה שטחים (N ,H–A) שכיוונם העיקרי צפון–דרום בקצה מזרחי של שדה חרוש בחלק המערבי של האתר. נחשפו מתקני תעשייה המתוארכים לשלהי התקופה הביזנטית (המאות הו'–הז' לסה"נ) ובהם גת גדולה ומתקני אגירה בשטחים C ,A ו-H. הגת בשטח C היא מטיפוס 'ארבעה ריבועים' וכללה משטח דריכה, תאי אחסון, בור שיקוע ואגן איגום סדורים במתחם ריבועי (איורים 1–3).
בחפירת מבנה בשטח A נמצאה כמות גדולה של קנקנים דמויי שק. בשטח H נחפר חדר תת-קרקעי שנועד ככל הנראה לשמש מרתף ליין (איור 4). במרתף נמצאו כלים שלמים, בהם קערה מיובאת, צפחות, פכים וקערות עמוקות שככל הנראה נזרקו פנימה (איור 5). בכל מבנה נתגלה שילוב של יסודות בנייה ובהם גושי אבן גיר קשה ומסותתת היטב, לוחות ריצוף, אבני נחל בינוניות, וכן בניית לבני בוץ או תערובת טיט. קירות המבנים ורצפותיהם נשדדו במחצית הראשונה של המאה הכ' לסה"נ.
בשטח F נחשפו שרידים מהתקופות האסלאמית הקדומה (המאה הח' לסה"נ) והממלוכית (המאות הי"ג–הי"ד לסה"נ). מהתקופה האסלאמית הקדומה נמצא בקבוק גלילי מזכוכית (איור 6), שתי משקולות ממתכת (איור 7) וחרס חרות (איור 8). על חרס נוסף הופיע השם של אללה בצבע כחול בהיר.
בשטחים E ,D ו-N נחשפו מבנים מתקופת המנדט הבריטי ואילו בשטחים B ו-G לא נמצאו כל שרידים אדריכליים. בשטח N נמצאו קנקני עזה שחורים ומודרניים על רצפות מבנה ושרידי מתקן עץ עם חיבורי מתכת ששימש לשאיבת מים מבאר סמוכה בתקופת המנדט הבריטי (איור 9).
 
בחפירה נחשפו שכבות יישוב למן שלהי התקופה הביזנטית (המאה הה'–ראשית המאה הז' לסה"נ) דרך התקופות האסלאמית הקדומה (המאה הח' לסה"נ) והממלוכית (המאות הי"ג–הי"ד לסה"נ) ועד למחצית הראשונה של המאה הכ' לסה"נ (התקופות העות'מאנית המאוחרת והמנדט הבריטי).
עם זאת דומה שהאתר לא היה מיושב ברציפות; מלבד היישוב בתקופות האסלאמית הקדומה והממלוכית בשטח F, דומה שחלקים באתר היו מיושבים בתקופות שונות.
בשלהי התקופה הביזנטית שימש החלק המערבי של האתר אזור תעשייה ובו גת גדולה, מבנה לאחסון קנקני יין שככל הנראה נוצרו בבית מלאכה סמוך שממנו נמצאה פסולת על פני שטח נרחב וכן לפחות מבנה אחד ובו חדר תת-קרקעי או מרתף לאחסון ואולי גם לתסיסת יין. הכמות הגדולה של קנקנים דמויי שק שנמצאה באתר מעידה שנוצרו סמוך למקום. הכמות הגדולה של קנקני עזה שנמצאה באתר עשויה להעיד שנוצרו במקום או סמוך אליו. זהו אחד האתרים הדרומיים ביותר שבו בית מלאכה לטיפוס זה של קנקנים.
החפירה מעידה שהאתר העתיק של באר שמע היה ככל הנראה קטן יותר מכפי ששוער בעבר. דומה שבתקופה הביזנטית היה האתר כפר בינוני בגודלו ובו מתקן צבאי ובית מרחץ סמוך ששרידיו נתגלו בשנת 2006 מעט מזרחה לשטח A, וחייתה בו אוכלוסייה נזירית שהשתמשה בכנסייה המקומית. לפיכך נראה ש'הכפר הביזנטי' ממוקם ככל הנראה בשטח הלא חפור (כ-30 דונם) ממזרח לשטח החפירה הנוכחית, מדרום למצודה, מצפון לבית הקברות הביזנטי וממערב לכנסייה.
הסיבה להפסקת השימוש במתקנים הביזנטיים במאה הז' לסה"נ אינה ברורה. אפשר שזה קשור לירידה באוכלוסייה במחצית המאה הו' לסה"נ בעקבות המגפה היוסטיניאנית ולקריסתה של הכלכלה המקומית שנשענה על ייצור ושיווק יין בעקבות הכיבוש האסלאמי בשנת 637 לסה"נ.
בתקופה האסלאמית הקדומה הייתה התיישבות דלה בשטחים חדשים באתר. התושבים בתקופה זו לא השתמשו במתקנים הסמוכים אלא התיישבו בשטח צפוני (F), שבו הייתה גם התיישבות דלה בתקופה הממלוכית. מן הראוי לציין שלא נמצאה באתר כל נוכחות צלבנית.