בחלק הצפוני של מנהרות הכותל, קרוב מאוד לחיבור עם התעלה החשמונאית, נתגלו שרידיה של מחצבת אבן מימי בית שני. המגרעות שנותרו בסלע האם מלמדות כי האבנים שנחצבו במקום היו גדולות ומלבניות, ושימשו לבניית הכותל המערבי הסמוך. גילוי המחצבה עורר עניין רב, שכן עד גילויה סברו כי אבני הר הבית נחצבו אך ורק במערת צדקיהו, המרוחקת כמה מאות מטרים מהמקום. קיומה של המחצבה בתוך תוואי הרחוב המרוצף מלמד כי הכשרת השטח לכדי רחוב רציף בימי בית שני לא הושלמה מעולם.
הכותל המערבי.
הכותל המערבי הוא אחד מארבעת קירות התמך המקיפים את הר הבית זה כאלפיים שנה, משלהי תקופת בית שני ועד ימינו. על אף שמדובר בקיר נטול ייחוד ארכיטקטוני על פני האחרים, מיוחסת לכותל המערבי קדושה יתרה, כנראה בשל העובדה שפסגת הר המוריה (כיפת הסלע), עליה עמד קודש הקודשים, קרובה אליו יותר מלשאר הקירות. נראה גם כי התפתחות העיר אל הגבעה המערבית ופילוס עמק הטירופיאון, הפכו את הגישה אליו לנוחה ביותר ולהתפתחות מסורת פולחן יהודית דווקא אליו.
הכותל המערבי הוסתר כמעט לגמרי עם כיסוי עמק הטירופיאון על ידי הממלוכים, והצמדת הבתים שבמפלס הגבוה אליו. כל שנותר מעל פני השטח הוא כמה נדבכים בחלקו העליון של הכותל, שתחמו סמטאות צרות וקצרות, דוגמת זו בה עובר היום הכותל הקטן או 'סמטת אל בוראק' שהורחבה לימים לרחבת הכותל.
לאורך המנהרות נחשף הכותל המערבי כמעט לכל אורכו במפלס קבוע, דבר המאפשר הצצה לחלקים ארכיטקטוניים שונים ומגוונים בו. אחד מהם הוא 'נדבך רבא' - נדבך עצום ממדים, שגובה אבניו מתנשא לכארבעה מטרים, והגדולה בהם מתפרסת על פני כמעט 14 מטרים. ההערכה היא שמשקל אבן זו הוא כ-600 טון, וכי מטרת 'נדבך רבא' כולו הייתה לשמש "חגורת חיזוק" לקירות הר הבית, שנבנו בבנייה יבשה ללא מלט. חלק זה בכותל מנוקב בחורים מלבניים במרווחים שווים, שנעשו כמה מאות שנים לאחר חורבן הבית. ההערכה היא שבקטע זה בעמק הטירופיאון התקינו יושבי ירושלים הביזנטית בריכת אגירה, והשתמשו בכותל כאחד מקירותיה. עקב פניו החלקות מאוד של הכותל, נשר הטיח האטים למים, ומי הבריכה חלחלו בין האבנים. בשל כך חוררו הבונים את הכותל ותקעו בו אבני-קיבוע לשכבת טיח עבה במיוחד (כ-30 סנטימטרים). שרידים משכבת טיח זו, וכן לא מעט מאבני-הקיבוע נתגלו באתרם כשהם דבוקים לכותל. חופרי משרד הדתות הסירו את רוב שכבת הטיח וכן את רוב האבנים, כדי לחשוף את הכותל המערבי בקטע זה לעיני המבקרים במנהרות.
קטע ארכיטקטוני נוסף הראוי לציון מצוי בחלקו הצפוני של הכותל, ומלמד כי בקטע זה הכותל המערבי לא נבנה אלא נחצב: הרחבת הר הבית צפונה הביאה "לגלישתו" אל מעבר לתחום הר המוריה, אל 'הגבעה הצפונית' הגבוהה יותר. בקטע זה נאלצו, אפוא, בוני הכותל המערבי ש"נתקעו" בגבעה הצפונית, לסלק כמות גדולה של סלע אם ולשוות לכותל מראה אחיד. הם חתכו את 'הגבעה הצפונית' והותירו חזית ישרה לאורך תוואי הכותל, אותה סתתו כחיקוי מושלם לאבני הכותל הבנוי.
הרחוב המרוצף.
בצמוד לכותל המערבי, כמעט לכל אורכו, עבר רחוב מרוצף שנסלל בשלהי תקופת בית שני, לאחר הרחבת הר הבית בידי הורדוס. אבני הרחוב חלקות מאוד ושטחן מגיע ל-2 על 3 מטרים רבועים, כל אחת. הרחוב שימש כחלק מקומפלקס הר הבית, וממנו יכלו מבקרים ועולי רגל לגשת אל פתחי הר הבית המערביים. לאורך הרחוב, בצמוד לכותל, נמתחה שורת חנויות ששימשו כנראה כשוק לממכר מנחות, קורבנות וכל הקשור לעבודת המקדש.
חלקים מהרחוב נתגלו בידי צ'ארלס וורן כבר במאה ה-19. הוא הניח כי הרחוב נסלל בידי הורדוס, ולכן קרא לו ״הרחוב ההרודיאני״. תוואי הרחוב עוקב אחר תוואי עמק הטירופיאון, כך שהוא היה עמוק יחסית בחלקו הדרומי של הכותל, והלך והעפיל במעלה העמק עד מצודת האנטוניה בחלקו הצפוני. ההנחה היא שרוב ריצוף הרחוב נותר במקומו, ונקבר תחת אבני הר הבית שהושלכו עליו בעת החורבן. מאחר שמפלס ההליכה במנהרות הכותל קבוע כמעט לכל אורכו, הרי שבחלק הדרומי עובר הרחוב המרוצף בעומק של כמעט 20 מטרים מתחת לרגלי המבקרים, ואילו בחלקו הצפוני של הכותל יכולים המבקרים לדרוך על הריצוף ממש.
חלק זה של הרחוב, שנחשף במנהרות הכותל לאורך כמה מטרים, תחום בחלקו בשני עמודים סמוכים בסגנון דורי, אותם מקובל לזהות כחלק ממכלול הרחוב. חשיפת הרחוב לימדה כי ריצופו לא הושלם מעולם: סילוק סלע האם של 'הגבעה הצפונית' מתוואי הרחוב לא הושלם; המחצבה (לעיל) לא כוסתה; וסיתות הסלע כחיקוי מושלם לאבני הכותל לא הוסדר עד הסוף. למעשה, ריצוף הרחוב מסתיים בגוש סלע בעובי ובגובה של כמה מטרים, ואבני ריצוף שנועדו כנראה לכסותו לאחר הסרתו, נתגלו בצמוד לו. ההנחה היא שמסיבה כלשהי הופסקה לפתע סלילת הרחוב, והפועלים עזבו את המקום מבלי שהשלימו את עבודתם. זיהוי סלילת הרחוב עם הורדוס הביאה להשערה שהפסקת העבודה התרחשה בשנת 4 לפנה"ס, עם מותו של הורדוס.
באמצע שנות ה-90 נערכה חפירה ארכאולוגית מקיפה בגן הארכאולוגי למרגלות חלקו הדרומי של הכותל המערבי, שם נחשף המשכו של הרחוב המרוצף לאורך של כ-70 מטרים. חשיפת קטע ארוך זה לימדה כי בקטע זה ריצוף הרחוב מאוחר לימיו של הורדוס, ונראה כי הונח רק בימי נינו, אגריפס השני, בשנות ה-60 של המאה הראשונה.
תארוך זה, המאחר את ריצוף הרחוב עד שנים ספורות לפני חורבן הבית, מסתמך על העובדה כי הרחוב היה חדש לגמרי כאשר נקבר תחת האבנים שנזרקו עליו מהר הבית בשנת 70 לספירה: לא נתגלו על אבני הריצוף כל חריצים של חישורי מרכבות, או סדקים ופגמים האופייניים לרחוב "משומש". בנוסף, ההיסטוריון היהודי-רומי, יוסף בן מתתיהו, סיפר כי בימיו של הנציב הרומי אלבינוס (62–64 לספירה), שפעל תחת שלטונו של אגריפס, החלו לרצף את רחובות ירושלים באבן לבנה, בשל האבטלה הקשה שפקדה את העיר עם סיום בניית הר הבית.
המשכו של הרחוב המרוצף דרומה התגלה ב-2007 במורדות עיר דוד, סמוך לבריכת השילוח מימי בית שני. גילוי זה מלמד כי הרחוב המרוצף היה ארוך כמעט פי שניים משהתגלה עד כה, והיווה ציר רצוף המחבר את הר הבית לדרום העיר, לאורך כל עמק הטירופיאון.
מול קודש הקודשים.
פסגת הר המוריה, עליה עמד קודש הקודשים, שוכנת פחות-או-יותר במחצית אורכו של הכותל המערבי, במרחק של כמאה מטרים מזרחה מהקיר. עם הכשרתן של מנהרות הכותל אותר חדר קטן, ששימש תמיכה לבתים שמעליו, בנקודה המדויקת מול קודש הקודשים. חדר זה הפך לאתר תפילה והדלקת נרות, וכן יש התוחבים פתקים דווקא בין חריצי הכותל שם. בשנות ה-90 החלו מים לדלוף מבין אבני הכותל בחדר זה, דבר שעורר התרגשות עצומה על כי "הכותל בוכה על החורבן". נראה כי הנזילה נוצרה מעליית מפלס המים בבור אגירה השוכן בחלקו הפנימי של הר הבית. עם ירידת המפלס לאחר שנים ספורות, נעלמה גם הנזילה.
הגשר הגדול וקשת וילסון.
הכניסה להר הבית ממערב בתקופת בית שני התאפשרה בשני מפלסים:
הכניסה ממפלס הרחוב התאפשרה דרך שער ברקלי, ששרידיו שוכנים היום בקצה עזרת הנשים של רחבת התפילה בכותל, או דרך שער וורן השוכן בתוך מנהרות הכותל (לעיל). הכניסה אל המפלס העליון התאפשרה דרך הגשר הגדול מעל קשת וילסון, או דרך המחלף המכונה 'קשת רובינסון'. הגשר גם שימש להעברת אמת המים במפלס אחיד מהעיר העליונה (אזור הרובע היהודי והרובע הארמני של ימינו) לתוך הר הבית. הגשר והמחלף נהרסו עם חורבן בית המקדש, וגם השערים יצאו מכלל שימוש. נראה שהגשר שוקם במאה השנייה או השלישית על ידי הרומאים, ושימש מעבר למקדש הפגני שייתכן כי בנו הרומאים במקום בית המקדש החרב. במאה ה-13, כשהממלוכים "קברו" את הגיא ופילסו את גבעות העיר, נקברו גם הגשר הגדול ושער וורן.
בביקור במנהרות הכותל ניתן לראות את המפלס העליון של הגשר הגדול, "הרוכב" על תוואי הגשר היהודי ההרוס מימי בית שני. ניתן לרדת למפלס התחתון ולראות את אמנות הגשר היהודי הנשענות על תחתית הגיא. קשת וילסון, שתארוכה שנוי במחלוקת, מחברת את הגשר הגדול לכותל המערבי. ניתן לראותה הן בביקור במנהרות הכותל, והן משמאל לעזרת הגברים ברחבת התפילה של הכותל. הקשת נתגלתה בידי צ'ארלס וילסון, ונחקרה בהמשך בידי צ'ארלס וורן.
מעבר הסתרים.
צמוד לשרידי הגשר הגדול, מתחת לרחוב השלשלת, עובר מסדרון רחב ומקורה בקמרון חבית. הוא נמשך מרחוב הגיא עד לקשת וילסון לאורך כמעט 70 מטרים. לדעת דן בהט נבנה הקמרון החביתי בתקופה הממלוכית, במאה הארבע-עשרה. לדעת אלכסנדר און ושלומית וקסלר-בדולח נבנה הקמרון בתקופה האומאית, במאה השביעית.
מסדרון זה נקרא לראשונה בשם 'מעבר הסתרים' על ידי ההיסטוריון והגאוגרף המוסלמי, מוג'יר א-דין במאה ה-15. הוא טען כי מתחת לרחוב השלשלת בנה דוד המלך מעבר סתרים, שבו צעד מארמונו שליד מגדל דוד להר הבית. מוג'יר א-דין הכיר את המסדרון שהיה "קבור" כבר בימיו מתחת למפלס העיר החדשה, מפני שעבודות חפירת בורות מים חשפו אותו בכמה מקומות. במאה ה-19 גילה צ'ארלס וורן את המסדרון וזיהה אותו עם 'מעבר הסתרים' שתיאר מוג'יר א-דין, ובעקבותיו התקבע השם עד ימינו.
הכנסייה הצלבנית.
בתוך שרידי הגשר הגדול נראים מסדרונות צרים, בעלי קמרון מחודד מעט, האופייני לאדריכלות הכנסיות הצלבניות בארץ ישראל מן המאה ה-12. ד"ר דן בהט זיהה את המסדרונות כיסודות קפלת התפילה על שם אגידיוס הקדוש, שנבנתה על הגשר בתקופה הצלבנית. בניית מבנים על גבי גשרים הייתה דבר מקובל בימי הביניים בעיקר באירופה, דוגמת גשר נוטרדאם, שאף קרס לבסוף ממשקלם הרב של הבתים שעליו. יסודות הקפלה שולבו בתוואי ההליכה במנהרות הכותל, כך שהמבקרים במקום יכולים לעבור בהם. מאחד המסדרונות ניתן להציץ למפלס התחתון של העמק, לתוך האולם ההרודיאני (לעיל).
המדרסה הממלוכית ודגם הר הבית.