垓下史前古城遺址位于固鎮(zhèn)縣濠城鎮(zhèn)垓下居委會境內(nèi)，是在秦漢垓下古城之下的又一座城址，屬大汶口文化晚期至龍山文化早期，距今4600～4300年。
遺址主體地貌為一臺地。根據(jù)勘探，遺址為不太規(guī)整的長方形，東西南北城墻分別長410米、480米、280米、340米，城墻內(nèi)圈面積約15萬平方米。2007年上半年進行全面考古發(fā)掘，至2009年告一段落。發(fā)現(xiàn)城墻外有壕溝，城內(nèi)有臺形基址、成片紅燒土堆積、窯址、水井、溝槽等。發(fā)掘證實，遺址年代主要是大汶口文化晚期和漢代兩個時期，發(fā)現(xiàn)保存較好的始筑于大汶口文化晚期、漢代增筑的城墻，大汶口文化晚期至龍山文化初期排房、臺形基址、陶窯、墓葬，大汶口文化晚期至龍山文化初期及秦漢時期的灰坑、溝，漢代開鑿的大型水槽、水井，宋代墓葬等，共出土文化遺物約400件。其中，大汶口文化晚期城址的發(fā)現(xiàn)，是最重要的收獲；紅燒土上發(fā)現(xiàn)的大量稻谷，表明在龍山文化時期，先民們就已在這里從事水稻種植；而建于北城墻頂部的大汶口文化晚期多間排房、東城墻上的史前地震跡象、漢代的溝槽和其上的車轍等，則為發(fā)掘增添了許多待解之謎。
經(jīng)對東城墻2條探溝和北城墻1條探溝解剖得知，城墻結(jié)構(gòu)基本一致。東城墻墻基寬約24.7米，殘存高度最高達3.8米，系堆筑而成，主體為大汶口文化晚期筑造，漢代可能有所增筑或補筑。其中大汶口文化晚期城墻為平地起建，先使用比較純凈、黏性較好的棕色土間雜沙性白土塊和由黃、褐、淺灰色沙性土等各種土混雜而成的特征明顯的花土，平堆成下寬上窄的山坡形，再以其為核心，在上面順坡逐層堆筑，根據(jù)堆積結(jié)構(gòu)關(guān)系，至少有3次堆筑過程。北城墻比東城墻保存略差，解剖所見城墻基寬約22.5米，殘高約2米，同樣采用堆筑法建造，平地起建，先用灰白色純凈細沙土摻和少量焦黃色黏土堆成墻芯，再于其兩側(cè)逐層堆積進行加寬增高，形成墻體，從堆積結(jié)構(gòu)看也可分辨出3次堆筑過程。城墻堆積內(nèi)出土的遺物以殘碎陶片為主，陶質(zhì)多夾細砂，泥質(zhì)較少；陶色以紅、褐色陶為主，其中外紅內(nèi)黑陶最多，有一定數(shù)量的灰陶；器表多有紋飾，流行橫、斜籃紋，極少量飾有繩紋或方格紋；可辨器型有鼎、罐、鬶、觚形杯、高柄杯等，器物形態(tài)具有皖北地區(qū)大汶口文化晚期較為典型的特征。
發(fā)現(xiàn)的早期史前城墻表明，垓下遺址在大汶口文化晚期已是一處有人居住的聚落遺址，發(fā)展至龍山文化時期(距今約4600～4300年)，進入第一個鼎盛時期，成為一個區(qū)域文化中心。垓下古城址成為我國繼黃河流域和長江流域等史前城址發(fā)現(xiàn)之后，在淮河流域的又一次重要發(fā)現(xiàn)，是淮河流域首次發(fā)現(xiàn)的大汶口文化時期的城址，也是迄今發(fā)現(xiàn)能夠確認最早的大汶口文化遺址、唯一的大汶口文化史前城址，填補了海岱、中原、江漢、太湖四大文化圈之間幾十萬平方公里地域范圍史前城址的空白，是我國目前發(fā)現(xiàn)較早的史前城址，是中華文明探源工程的標志性城址，被譽為“中國大汶口文化第一城”。出土的各類文物和發(fā)現(xiàn)的早期史前城墻，不僅佐證了垓下的歷史，大大提早了垓下遺址年代，還為探討我國早期城市起源、發(fā)展、演變軌跡及淮河流域文明化進程提供了寶貴的考古新證據(jù)，填補了安徽史前城址空白，是安徽史前考古的一個重大突破。遺址發(fā)掘為中華文明起源增添了新的佐證，說明在這個時期就已有了文明的曙光。
在北城墻偏西的城墻頂部，還發(fā)現(xiàn)一組東西向排房，系順城墻走向建造。建房前可能用了質(zhì)地較細的淡黃色土對城墻頂部鋪平，再于其頂部下挖形成淺穴式房屋。排房由5間聯(lián)排房屋和1間獨立的附屬性房屋組成，構(gòu)造精美。其中，聯(lián)排房屋共長約16米，每間寬2.3～3.3米不等、進深約4.45米，均為長方形，房屋間設(shè)有隔墻，隔墻寬16～32厘米。僅有3間房屋殘存有墻壁，高度20～45厘米。房屋地面受到不同程度破壞，殘留的地面及墻壁皆抹有白灰面，地面與墻壁交界處皆繪有紅色線條，可能是一種裝飾。相對獨立的1間房屋位于最東側(cè)，與聯(lián)排房屋存在寬約0.5米的間隔，但位于同一條直線，其寬度較窄，僅1.6米，進深約4.2米，地面由西向東略凹，抹有白灰面但非常粗糙，室內(nèi)殘留陶器較多，有鼎、器座、瓶、石支架等，鑒于上述特征判斷，此房間應(yīng)非居住所用，更可能是附屬性的建筑。
在城址西北角，城內(nèi)靠近城墻處發(fā)現(xiàn)1座臺形基址，西北—東南走向，可能是毀棄的建筑基址。臺基東西未發(fā)掘到邊緣，已揭露部分寬約7.5米，長超過14.5米(根據(jù)走勢和鉆探情況，臺基長度可能在15～18米)，高約1米。臺基上有幾條殘存的基槽狀遺跡，臺基頂部和漫坡周邊發(fā)現(xiàn)數(shù)座甕棺葬。從甕棺葬內(nèi)遺物推斷，臺基應(yīng)早于大汶口文化晚期。
共發(fā)現(xiàn)墓葬15座。能判斷屬于大汶口文化晚期至龍山文化初期的有4座土坑墓、7座甕棺葬。土坑墓都為單人葬，墓向基本一致，皆朝東略偏南，僅1座有隨葬品。甕棺葬以將1件器物打碎上下鋪蓋為主，也有兩器扣合和陶器倒置的形制，用來隨葬的陶器有甕、罐、鼎、甗等。
由于垓下城址發(fā)掘面積很小，雖在城內(nèi)西北角發(fā)現(xiàn)臺形基址，其上面還發(fā)現(xiàn)甕棺，但對此臺基和整個城址都還缺乏足夠認識和了解。一般而言，城是社會矛盾激化的產(chǎn)物，要建成城內(nèi)面積約15萬平方米、墻基寬20多米的大型聚落，必需數(shù)量可觀的勞動力，任何一個史前聚落都難以做到。垓下城址不僅比同地區(qū)最大的環(huán)壕聚落蒙城尉遲寺遺址要大，更遠超出面積在二三萬平方米之下的小型聚落。同屬淮河流域距此并不很遠的龍山文化城址，已發(fā)現(xiàn)許多座，大都位于北緯34°上下豫東南、皖北和蘇北的東西延長線上。不同的是，該城址年代比迄今發(fā)現(xiàn)的龍山文化城址都要早。從出土的陶器判斷，它應(yīng)屬于淮北地區(qū)的大汶口文化晚期尉遲寺類型。由于該類型的文化多位于自西北向東南流去的淮河諸支流兩岸，大致又處于中原與海岱兩個文化區(qū)交匯、碰撞地帶，所以文化面貌雖更多表現(xiàn)為大汶口文化的特點，但又帶有淮河中上游中原腹地文化的顯著特征。
垓下遺址遺存也受到周邊文化強烈影響。從出土的新石器時代遺物看，具備大汶口文化的普遍特征。但遺址中發(fā)現(xiàn)的白灰面排房、臺基等又是大汶口文化中極為罕見的，具有自身特點，與同區(qū)域蒙城尉遲寺遺址的發(fā)現(xiàn)有較多類似之處，可能屬于大汶口文化的同一個類型。垓下城址作為淮河流域第一次發(fā)現(xiàn)的大汶口文化城址，雖然面積不大，卻是目前整個大汶口文化中最無疑義的一個城址，對于探索中華文明的形成具有重要意義，它出現(xiàn)在遠離大汶口文化中心區(qū)的南部邊緣更是帶來諸多學術(shù)上的問題。
固鎮(zhèn)縣垓下大汶口文化城址被評為2009年全國十大考古新發(fā)現(xiàn)之一。2013年，垓下遺址被國務(wù)院核定公布為第七批全國重點文物保護單位。