Новый этап в исследовании Ольвии начался после Великой Октябрьской социалистической революции. В 1921 г. Ольвия была объявлена государственным заповедником, тогда же небольшие раскопки были проведены С.А. Семеновым-Зусером (Семенов-Зусер С.А., 1931). В 1924–1926 гг. Б.В. Фармаковский возобновил раскопки Ольвии. С 1936 г. Ольвийскую экспедицию возглавил Л.М. Славин. С 50-х годов работами Ленинградского отряда ЛОИА АН СССР руководили Т.Н. Книпович, А.Н. Карасев, Е.И. Леви, а с 1975 г. — отряд ленинградских археологов возглавляет В.И. Пругло. С 1971 г. Ольвийской экспедицией ИА АН УССР руководит С.Д. Крыжицкий. В 1958 г. исследования затонувшей части города проводила Подводная археологическая экспедиция под руководством В.Д. Блаватского (Блаватский В.Д., 1962б).

История Ольвии делится на два больших периода, рубежом которых является гетский разгром в середине I в. до н. э. (Латышев В.В., 1887, с. 37; Фармаковский Б.В., 1915б, с. 10, 17). В последние десятилетия появилась попытка установления новой периодизации истории Ольвии без членения на догетский и послегетский периоды (Славин Л.М., 1959а, с. 86 сл.; Wasowicz A., 1975, с. 35). Однако возрожденный в первые века город столь резко отличался от города предыдущих столетий, что деление на две эпохи — догетскую и послегетскую представляется обоснованным.

Единой точки зрения на дату основания Ольвии до сих пор нет. Некоторые приближают ее к рубежу VII–VI вв. (Копейкина Л.В., 1976, с. 131; Виноградов Ю.Г., 1971в, с. 237), другие полагают, что город был основан в начале или в течение первой четверти VI в. (Славин Л.М., 1967, с. 5; Шелов Д.Б., 1956в, с. 45; Гайдукевич В.Ф., 1955, с. 31), во второй четверти или во второй трети VI в. (Блаватский В.Д., 1959б, с. 13) и даже около середины VI в. (Скуднова В.М., 1960а, с. 12, 13). Раскопки показали единичность фрагментов керамики последней четверти VII в. до н. э. и массовость материала, относящегося к VI в. до н. э. в основном к его второй половине.

К концу VI в. была освоена вся территория Верхнего города за исключением северной части, занятой некрополем (табл. IX, 2). Северная граница, по-видимому, проходила севернее Зевсова кургана, где открыты остатки жилищ VI — начала V в. до н. э. В южном направлении город доходил до Заячьей балки, о чем свидетельствует распространенность находок раннего времени на территории будущей римской цитадели. Рост города шел с южной стороны (Копейкина Л.В., 1976, с. 140). Разведочные работы 30-х годов позволяют говорить, что Нижний город к концу VI в. доходил до границ Северной балки. Никаких данных об оборонительных сооружениях Ольвии VI в. нет.

Во второй половине VI в. в Верхнем городе на линии Главной улицы, возникают теменос и агора. Первоначально они представляли не разграниченный участок с культовыми постройками (табл. IX; X). Здесь совершался культ Аполлона Дельфиния, Зевса и Афины, судя по фрагментам вотивных сосудов с посвятительными граффити богам (табл. XI, 1–6), найденным в ботросах (фависсах), служивших для сброса пришедшего в негодность храмового инвентаря. На территории культового участка открыто два параллельных ряда ботросов. Тогда же был воздвигнут алтарь для возлияний, от которого сохранился цоколь, включенный позднее в алтарь V в. (Карасев А.Н., 1964, с. 32–34). К югу от него находилось здание, состоявшее из одного помещения. Агора в VI в. была незамощенной площадью. В непосредственной близости от теменоса и агоры в это время находился еще один район общегородского значения. Здесь сохранились остатки двух архаических зданий типа мегарона. Одно из них, ориентированное на северо-запад, состояло первоначально из двух помещений с примыкающим к ним каменным подвалом. Стены были сырцовые на полигональном каменном цоколе. Во второй строительный период большое помещение было перегорожено и здание состояло уже из трех помещений с подвалом, также подвергавшемся перестройке. Фасад здания был оформлен в виде небольшого портика и отделен от окружающей территории апсидообразной кладкой (Копейкина Л.В., 1975а, с. 188 сл.). Жилые дома VI в. до н. э. раскопаны в районе Зевсова кургана к западу от Главной улицы. Открыто более 30 слегка заглубленных в материк жилищ различной формы площадью от 6 м² до 14 м². Среди них преобладают прямоугольные с закругленными углами, встречаются также округлые и овальные. Во многих жилищах открыты очаги, реже двухкамерные печки; найдена также переносная жаровня. Среди находок большое количество аттических чернофигурных сосудов. В некоторых землянках имелись полукруглые ниши. Этот район в ранний период являлся окраинным. Здесь найдены остатки металлургических мастерских: горны (сопла, куски обожженных кирпичей), скопление шлаков, бракованных изделий (Фурманская А.И., 1953). В восточной части района открыты остатки дома конца VI — начала V в. до н. э., стены которого были возведены из сырцовых кирпичей на полигональном каменном цоколе (Фармаковский Б.В., 1929, с. 43, 44). Таким образом, наряду с полуземлянками, уже в конце VI в. до н. э. здесь имелись и более благоустроенные жилища.

На рубеже VI–V вв. возникает жилой район в пригороде (площадью около 1500 м²) с жилищами в виде землянок, преимущественно прямоугольной формы. В полу некоторых из них сохранились углубления от угловых и центральных столбов. В землянках найдена привозная керамика конца VI–V вв. до н. э. и терракотовые статуэтки. Кроме землянок, в южной части пригорода открыты остатки сооружения, слегка заглубленного в материк. В VI в. оно состояло из одного помещения, а в начале V в. включало уже четыре помещения. К центральному из них с севера примыкала комната с зольником, с востока — кладовая для хранения вина и оливкового масла. В западном помещении имелась глинобитная площадка. Ю.И. Козуб трактует этот комплекс как святилище, считая, что зольник является алтарем, а глинобитная площадка имела культовое назначение. Возможно, что существование пригорода связано с замиранием жизни на поселениях ольвийской хоры, жители которой к началу V в. до н. э. частично переселились ближе к городу.

Время V в. до н. э. — третья четверть IV в. до н. э. — период расцвета Ольвии. Судя по сообщению Геродота (IV, 78), в первой половине V в. были сооружены оборонительные стены, локализации их К.Э. Гриневичем около Заячьей Балки в районе агоры (Гриневич К.Э., 1963, с. 53, 54) противоречит ряд данных, указывающих на возведение этих стен не ранее IV в. до н. э. Обнаружены остатки стены второй половины V в., шедшей по той же линии, что и стены IV в. до н. э. Северная линия обороны города V в. до н. э. совпадала, несомненно, с границей города VI в. В V в. город принимает новый облик в соответствии с разработанной планировкой, которая местами соответствует гипподамовой системе (Фармаковский Б.В., 1929, с. 40), но в целом, не имеет четко ориентированных кварталов (Крыжицкий С.Д., 1971, с. 99).

В этот период закапчивается архитектурное оформление теменоса (табл. X, Б). Он отделяется с запада и востока от прилегающих к нему улиц оградами, от которых сохранились остатки цоколя стен. Размеры открытой части теменоса 1645 м² (Карасев А.Н., 1964, с. 27, 36). Вход в теменос был с Восточной улицы. В центре свободной от построек площади находился монументальный алтарь, стоявший напротив храма Аполлона Дельфиния. От храма Аполлона сохранились незначительные остатки, позволившие однако дать его реконструкцию (Карасев А.Н., 1964, с. 49–68). Он был сооружен по типу храма в антах, с глубоким портиком перед входом (табл. XII, 1–3). Стены были из сырцовых кирпичей на каменном цоколе. Две деревянные колонны, оформлявшие вход, завершались терракотовыми волютами, исполненными в ионийском ордере (Карасев А.Н., 1964). Вдоль фасадов храмов шла вымощенная камнем дорожка, по краям которой, судя по сохранившимся постаментам, стояли маленькие алтарики, статуи и надписи. Монументальный известняковый алтарь для возлияний достиг в V в. максимальных размеров. Первоначально он состоял из площадки, на которой стоял жрец во время жертвоприношений и собственно алтаря, облицованного тщательно обработанными плитами (табл. XII, 1). На алтаре были установлены три каменные плиты с чашеобразными углублениями. Несколько позднее, в пределах того же V в., к центральной части северной стенки алтаря была сделана пристройка, которая, может быть, служила постаментом для культовой статуи. Между храмами Аполлона и Зевса имелись два малых жертвенника. Жертвенник для сожжения (табл. XII, 5) представлял собой прямоугольную рамку из четырех плит (Карасев А.Н., 1964, с. 33, 34, 76-113). К северу от него находился второй жертвенник для возлияний несколько бо́льших размеров.