1968. gadā toreizējās Latvijas Padomju Sociālistiskās Republikas Autoceļu un šoseju ministrijas Ceļu pārvaldei radās ideja gar pilskalnu būvēt Sabiles apkārtceļu, kas skartu senpilsētas vietu. Jau toreiz tika izvirzīta prasība pirms ceļa izbūves veikt ceļa trases šķērsojošās senpilsētas arheoloģisko izpēti. Projekta realizācija ieilga un tikai 1975. gadā arheologa Ēvalda Mugurēviča vadībā uzsākās senpilsētas un daļēji arī pilskalna arheoloģiskā izpēte.
Pāri pilskalna plakumam tika izrakta divus metrus plata pārbaudes tranšeja, kas liecināja, ka pilskalna ierīkošanas laikā kalna nogāze bijusi lēzenāka un plakums mazāks. Sākotnēji pilskalns visapkārt varētu bijis nocietināts ar 2 m platā terasē izvietotu koka sētu, aiz kuras atradies grāvis. Šāda apļveida nocietinājumu sistēma vairāk raksturīga Baltijas somu apdzīvotajiem Ziemeļkurzemes pilskalniem. Pēc šo nocietinājumu bojāejas 10.–11. gs. uzbērta zeme, kas nostiprināta ar akmeņu klāstu. Līdz ar to palielinājās pilskalna plakums un reizē pastāvināta nogāze, bet terase pārcelta uz kalna pakāji. Spriežot pēc pilskalnā iegūtajiem atradumiem (cilindriska piekaramā atslēga, dzelzs izkapts, bronzas važiņu sadalītājs u. c.), kā arī atrastajām trauku lauskām, tas bijis apdzīvots 10.–13. gs. beigās un nešaubīgi saistāms ar 1253. gada Kurzemes bīskapa un Vācu ordeņa pakļauto novadu dalīšanas līgumā minēto vietvārdu Zabele.
Senpilsētas teritorijā, uz kuru attiecināms kāds ar 1422. gadu datēts dokuments, kurā atzīmēts pie kalna esošs Sabiles “pilsāts” (pylsaten), Ē. Mugurēviča vadībā 1975.–1979. gadā tika izpētīta vairāk nekā 4000 m2 liela platība. Senpilsētas apdzīvotībā izšķirami divi lielāki periodi – 11.–13. gs., kas daļēji sakrīt ar Sabiles pilskalna pastāvēšanas laiku, un 14.–17. gs., kad izveidojās jauns centrs tuvāk ordeņa pilij pašā Abavas krastā.
No atsegtajām apbūves paliekām īpaši atzīmējama senpilsētas ziemeļaustrumu pusē konstatētā 60 m garā aizsardzības līnija, kas pastāvējusi līdz 13. gs. To veidojuši divi 1,5–3,5 m plati aizsarggrāvji, kas atradušies 2–4 m attālumā viens no otra. Iekšējais grāvis, spriežot pēc tā tuvumā fiksētajām daudzām stabu vietām, nogāzēs bijis papildus nostiprināts ar mietu žogu.
Bez tam senpilsētā atsegti vairāki desmiti celtņu, krāšņu un pavardu vietu, kā arī saimniecības bedres. Iegūtas vairāk nekā 1200 senlietas, kuras liecina gan par seno sabilnieku nodarbošanos – dažādām amatniecības nozarēm, tirdzniecību, lauksamniecību –, gan sadzīvi, gan arī cīņām ar dažādiem iebrucējiem. Spriežot pēc atradumiem, Sabiles senpilsētu tās apdzīvotības pirmajā periodā apdzīvojuši Baltijas somi, bet apdzīvotības otrajā periodā jau dominē senajiem kuršiem raksturīgas senlietas.

Kaula ķemme. Sabiles pilskalns, 11.–12. gs.
Fotogrāfs Roberts Kaniņš. Avots: Latvijas Nacionālais vēstures muzejs.
Sabiles pilskalna senākie iemītnieki, iespējams, apbedīti ap 1,3 km uz dienvidiem–dienvidaustrumiem no pilskalna, Abavas kreisajā krastā esošajos t. s. Krievu kapos. Tos veido vairāk nekā 100 līdz 2 m augsti senkapu uzkalniņi (4–12 m diametrā), kas, spriežot pēc kopumā 28 izpētītajiem, datējami ar 10.–11. gs. Savukārt, senpilsētas vēlākā apdzīvotības perioda iemītnieki, domājams, apbedīti tikai ap 200 m uz rietumiem esošajā kapsētā pie Sabiles luterāņu baznīcas. Spriežot pēc 2006. gadā pie baznīcas veiktajos pārbaudes izrakumos (vadītāji Iveta Berga un Vitolds Muižnieks) atrastajiem bronzas rombveida piekariņa un lentveida aproces fragmenta, kapsēta šeit varētu būt ierīkota jau 13. gs. beigās vai 14. gs. sākumā un izmantota līdz 17./18. gadsimtam.