Кроме храмов, алтаря и жертвенников в ограде священного участка находились два здания (табл. X, Б). Одно из них вблизи алтаря, квадратное в плане, было сооружено еще в VI в. до н. э. В V в. перед его входом с запада устраивается небольшая площадка, вымощенная каменными плитами. Это здание неоднократно перестраивалось, сохраняя свою форму и размеры. Второе здание из двух помещений примыкало к восточной ограде к югу от входа. Сохранился фундамент и частично остатки каменного цоколя. К северу от входа, около восточной ограды, судя по скоплению медных шлаков и мелких фрагментов меди, находилась мастерская металлурга. Открыты каменный водоем и каменные водостоки для отвода ливневых вод (Карасев А.Н., 1964, с. 36–38). В V в. площадь агоры перекрывается вымосткой из керамического боя и щебня; начинается строительство зданий, в том числе и гимнасия на южной стороне агоры, о чем свидетельствует глубокий колодец V в. до н. э. для снабжения гимнасия водой. Колодец расчищен пока только на 15 м. Его шахта диаметром в 1 м сложена из хорошо обработанных плит известняка. Остатки пазов для металлического крепления на горловине колодца V в. указывают, что на ней была установлена подъемная конструкция. В северо-восточной части агоры сооружается глубокий водоем. Он являлся основной частью системы, служившей для подачи воды на нижележащую террасу. В ее состав, кроме колодца, входили две смотровые шахты и подземная галерея, на дне которой укладывались гончарные трубы. (Карасев А.Н., Леви Н.И., 1958).

Район общегородского значения в непосредственном соседстве с агорой и теменосом, продолжал интенсивно застраиваться. Открыт ряд отдельных помещений, принадлежавших зданиям, сильно разрушенным в более поздние строительные периоды. До середины V в. до н. э. в окраинной части города еще продолжали существовать землянки наряду с наземными жилыми домами. Почти во всех домах имелся подвальный этаж, отдельные помещения которого предназначались не только для хозяйственных целей, но служили и в качестве жилых комнат.

Длительная осада Ольвии Зопирионом в 30-х годах IV в. до н. э. оказалась безуспешной, но она ослабила Ольвию и вызвала обострение классовой борьбы. Однако с последней четверти IV в. до н. э. начинается второй этап экономического и политического расцвета города. Это нашло отраженно в новом росте хоры, в развитии местного производства, оживлении торговых сношений, в интенсивном строительстве. Город эпохи эллинизма, наиболее полно сохранившийся, дает возможность воссоздать отдельные городские ансамбли, планировку жилых домов, городское хозяйство в целом.

В конце IV в. город расширяется (табл. IX, 3) и занимает территорию некрополя VI–V вв. около Северной балки (Фармаковский Б.В., 1926б, с. 177), там появляются оборонительные сооружения и жилые кварталы. Северная линия обороны возводится в соответствии с изменением границ города. Стены вдоль Северной балки были сооружены на расстоянии около 50 м от последней (Карасев А.Н., 1948, с. 31). Стены вдоль Заячьей балки сохраняли направление линии стен классического периода. По мнению А.Н. Карасева (Карасев А.Н., 1941, с. 134–138), ольвиополиты создали в III в. до н. э. дополнительную оборону в виде искусственного водохранилища, которое тянулось от Северных ворот до Западных (табл. IX, 3). Б.В. Фармаковский предложил реконструкцию главных городских ворот, от которых, как и от северных крепостных стен сохранились в основном лишь слоевые фундаменты. Ворота фланкировались башнями. Кроме основного входа, в северной башне имелся второй, запасной выход (Фармаковский Б.В., 1915б, с. 18, 19). Вторые городские ворота по реконструкции А.Н. Карасева находились в районе агоры.

Теменос в эпоху эллинизма перестраивается. В связи с расширением агоры его площадь уменьшена. Большая стоя агоры, возведенная в конце IV в. до н. э., частично перекрыла южную часть культового участка V–IV вв. (табл. X, В). Остатки ранних сооружений перекрываются слоем лесса толщиной 0,60-0,80 м. На месте засыпанного монументального алтаря из известняка возводится алтарь из мрамора. От него сохранилась фрагментарно одна из плит орфостата и мелкие обломы архитектурных деталей, украшенных овами и лесбийским киматием. На месте храма Аполлона Дельфиния вырастает новый храм бо́льших размеров (табл. XII, 4). В связи с этим засыпаны малые жертвенники V–IV вв. От храма Аполлона дошли слоевые фундаменты южной части, позволяющие восстановить его форму в виде периптера шириной около 16 м, длиной не менее 30–35 м (Карасев А.Н., 1964, с. 27, 28). Храм Аполлона слегка прикрывал храм Зевса. С целью выделения его возводят на мощных слоевых фундаментах и немного выдвигают на юго-восток (табл. X, В). Храм Зевса (7,7×13,9 м) был выстроен по плану антового храма (табл. XII, 7) (Карасев А.Н., 1964, с. 113 сл.). Он уступал по размерам храму Аполлона Дельфиния, чем подчеркивалось главенствующее значение культа последнего. Возле храма Зевса, на линии западной ограды, возводится малая западная стоя. Во второй половине III в. до н. э. она перестраивается. В этот период перестраивается квадратное здание к югу от монументального алтаря, здание сокровищницы около восточной ограды ликвидируется. Засыпается водоем возле храма Зевса. Около входа, вблизи храма Аполлона, создается новое водохранилище — цистерна. Но уже к концу III в. до н. э. в нее стали сбрасывать пришедший в негодность храмовый инвентарь и утварь, связанную с жертвенными трапезами. В цистерне было найдено около 2000 фрагментов вотивных терракотовых статуэток с изображением Кибелы (табл. XIII, 1), Деметры, Афродиты, Зевса и др. (Русяева А.С., 1975, с. 6) (табл. XIII, 2, 4–9). Здесь же были найдены черепахи — один из атрибутов культа Аполлона и несколько черепов жертвенных быков, специально обработанных для подвешивания в храме (табл. XIII, 10–11) (Леви Е.И., 1959).

Мастерская для изготовления терракот находилась в самом теменосе, у его восточной ограды на месте ликвидированной мастерской V–IV вв. по изготовлению изделий из металла. На уровне пола и в цистерне найдено несколько форм для изготовления терракот, в том числе статуэток Аполлона, играющего на кифаре (табл. XIII, 4), Кибелы, Деметры, стоящих женских фигурок и др. Большая стоя на северной границе агоры, отделившая ее от теменоса, является одним из наиболее монументальных зданий (табл. X, 6). Слоевые фундаменты позволяют реконструировать ее размеры: длина ее 45 м, ширина в первый строительный период 14 м, во второй — 17 м. Ряд из девяти колонн разделял ее на две части. Здания торгового назначения с подвальными этажами были построены вдоль восточной и западной границ площади (табл. XIV, 1). Сохранившийся подвальный этаж восточного торгового ряда состоял из девяти помещений (табл. XIV, 2), западного из семи (Славин Л.М., 1964, с. 191 сл.). Все подвалы были изолированы; связь с наземными помещениями, в которых располагались лавки, осуществлялась, вероятно, посредством деревянных лестниц, опускаемых через люки в полах (Леви Е.И., 1956, с. 53–58). При раскрытии подвалов обнаружено в восточном здании около 700, в западном — около 350 монет местной чеканки, в основном — борисфенов.

В конце IV — начале III в. до н. э. полностью перепланируется гимнасий. Сохранился лишь его полуподвальный этаж, в центре которого был восемнадцатиколонный зал. К его восточной стороне примыкало пять банных помещений (табл. XIV, 4). Полы их слегка понижались к западу. В одном из помещений обнаружена чаша с отверстием по середине для стока воды, в другом — известняковое корыто, с отверстием в центре. В крайних южных помещениях находились пифосы, которые в помещениях IV–V соединялись водопроводной линией. В центре отдельных помещений открыты очаги. Подсобные помещения были расположены в южной части. Одно из них (XI) ограждало колодец V в., продолжавший функционировать до середины II в. до н. э. В северной стене этого помещения имелась ниша с известняковой статуей-полуфигурой Куроса (табл. XI, 7) местной работы, изваянной еще в V в. до н. э. (Карасев А.Н., 1972, с. 40–44; Чубова А.П., Лесницкая М.М., 1976). Колодец в помещении XI являлся основным источником системы, созданной в эпоху эллинизма для водоснабжения и отопления гимнасия. Кроме колодца, было три резервуара для подогрева воды, и водопроводная линия (Карасев А.Н., 1975, с. 3–10). Водопровод начинался от третьего резервуара, находившегося в юго-восточной части здания. Первая секция водопровода была выполнена в камне, в дальнейшем он состоял из гончарных труб.