Lokaliteten Trelleborg har som sådan aldrig været glemt. Størstedelen af jordvoldene var umiddelbart synlige helt frem til udgravningens påbegyndelse, og den cirkulære indervold ses tydeligt på landkort fra 1600-tallet og fremefter. Imidlertid blev anlæggets karakter af vikingebefæstning først erkendt, da Nationalmuseet påbegyndte udgravninger i 1934 under ledelse af arkæologen Poul Nørlund, som også udgravede nordbogravpladsen på Herjolfsnes i Grønland og foretog en række andre væsentlige udgravninger.

Udgravningen blev fremprovokeret, da en lokal motorcykelklub lejede området i 1933 med henblik på at lave det til motocrossbane. Hvad der oprindeligt var planlagt som en mindre undersøgelse kom til at vare i 9 år frem til 1942. På det tidspunkt var størstedelen af området undersøgt, og de ydre forsvarsværker var blevet opdaget på et usædvanligt heldigt luftfoto i 1936. Indtil da havde ydervolden været ukendt, da den ikke længere var synlig i landskabet.

Alle stolpehuller blev markeret med cementklodser, som stadig markerer bygningernes placering i landskabet. I 1941-42 påbegyndtes en rekonstruktion af et af de karakteristiske langhuse. Projektet blev ledet af Poul Nørlund og arkitekten C.G. Schultz, og huset er angiveligt verdens første forsøg på en videnskabelig baseret rekonstruktion af en forhistorisk bygning. Det blev gennemrenoveret i begyndelsen af 1980'erne, og til trods for at huset siden opførelsen har vist sig ukorrekt i visse henseender, giver det et godt overordnet indblik i langhusenes udseende og konstruktion.