Hacia la mitad del siglo V o inicios del VI, en pleno período tardorromano, el templo de Augusto se desmontó para utilizar los sillares en la construcción de una catedral visigótica así como dependencias eclesiásticas y civiles relacionadas con el nuevo poder establecido en la ciudad.
Posteriormente se levantó en el siglo XII sobre sus cimientos la actual catedral de Tarragona; quedando los cimientos del templo sepultados bajo el suelo de la catedral hasta que las excavaciones iniciadas en 2007 descubrieron los restos arqueológicos del que se supone que fue el templo de Augusto.
También se intentó comprobar la existencia de evidencias de época tardorromana y visigótica que aportasen luz al proceso de transformación de este espacio a partir del siglo V d. C. En la actualidad no se conoce con verosimilitud si la posible catedral visigótica habría podido reutilizar la cimentación del templo romano para ser erigida.
Asimismo se documentaron los niveles constructivos medievales y las estructuras de los sepulcros privilegiados que, ubicados desde antiguo en este espacio de la nave central, dentro del coro, se trasladaron al actual presbiterio en época contemporánea.
El segundo sondeo se situó en el área del ábside, en el lugar exacto donde el pavimento de opus sectile medieval está afectado y pavimentado por un enlosado de piedra posterior.