1985年，中国社会科学院考古研究所西安唐城工作队，为了配合西安市供电局白庙变电站工程基建，对西明寺遗址东端进行了发掘。发掘面积达7500平方米，从已揭露的遗址平面布局来看，可分为三部分。即中部、北部的主要院落，其中心建筑是一座殿址，殿址的南部是回廊围起的院子；主院南部的西南院和东南院；东部是寺院院墙。在寺院遗址以下，还有早期的建筑遗址。已发掘遗址部分，殿址、回廊、庭院等布局严谨，窖井、水井、排水道、渗井等附属设施也十分完备，是典型的唐代廊院式布局结构。但其规模与《大慈恩寺三藏法师传》卷十中所记载的该寺规模达数里的壮观景象相比，尚有差距，已发掘部分只相当于西明寺总面积的十五分之一。
从西明寺遗址出土的文物十分丰富，主要分为建筑材料、佛教遗物、碑刻和日常用品等四大类。
建筑材料包括长形和方形的砖、板瓦、筒瓦、瓦当、脊头砖，以及鸱尾等。
佛教遗物的数量相对较多，达200多件。主要是鎏金铜质、陶质、石质等不同质地的佛像和菩萨像，它们或站或坐，姿态各异。但它们的尺寸都不大，鎏金造像中最大的残高14.5厘米，最小的只有5.5厘米。一般高度都在8-10厘米。而陶质造像大多数的高度都在6厘米左右。石质造像的高度则在9-10厘米之间。而且造像都有很大的损坏。对于鎏金铜佛像来说，由于出土前均在水井中浸泡着，所以锈蚀非常严重。很多造像都已锈结在一起。陶质造像有两种不同的造型，一种是将整件作品雕刻成佛龛式，龛内再雕刻出施说法印，结跏趺坐于莲花座上的佛的形象。这类造像在出土时都已破碎。另一种则没有佛龛出现，而直接雕刻出或站或坐的佛造像，并在佛身体两侧各雕出一座佛塔、莲花或蔓草作为陪衬。石质造像仅有石佛头和石菩萨头像、力士头像各1件，残高从9-13厘米不等。
碑刻在这次发掘中并没有完整的作品出现，仅出土了一些石碑的残段。但其书法颇具功力。
日常用品中主要是生活用品。包括瓷器、残陶砚、陶水桶、玻璃鱼饰、铜钱币。其中更有一件石茶碾，在碾槽的两边分别刻着“西明寺”和“石茶碾”六个大字。再次证实了西明寺的所辖范围。还有一块陶钵残片，上面刻有“阿难”二字。
