מהתקופה הביזנטית נחשפו באתר קברי שוחה אחדים. במרחק מה משער יפו נחשפה בנובמבר 1992 קפלת תפילה נוצרית קטנה, עם אפסיס הפונה למזרח, ובו עקבות פרסקו המתאר את סצנת הבשורה. בקיר הצדדי נפער פתח אל מערה ובה נמצאו מושלכות כמויות ניכרות של עצמות אדם. לפני הפתח נמצאו שרידים של כתובת יוונית עשויה ברצפת הפסיפס ובה נאמר: – נוסח הידוע מכנסיות נוצריות אחרות בנות התקופה. צלבים תוארו גם ברצפה וגם על משקוף הפתח למערה. ניפוי ממצא העצמות העלה תליונים אחדים דמויי צלב ומטבעות שהמאוחרת ביותר מביניהן היא מימיו של הקיסר הביזנטי פוקאס (602–610). נתונים אלה ושיקולים נוספים הביאו את החופרים למסקנה שמדובר באחד ממקומות הקבורה שאליו נאספו כ-20,000 קרבנות הטבח שערכו הכובשים הפרסים הסאסאנים, בעת כיבוש ירושלים בידי הפרסים בשנת 614. על כשלושים מקומות קבורה שכאלה אליהם אסף תומאס הקברן את שיירי הגופות של קורבנות הטבח ידוע מהמקורות ההיסטוריים (רשימה שנשתמרה בשש גרסאות בערבית ובגאורגית) באזור בריכת ממילא. וכן, שהמערה הזו הייתה אחת ממקומות הקבורה, והמקום הראשון בסדרה זו שהתגלה בחפירות. הפטריארכיה היוונית-אורתודוקסית בירושלים בדקה גם היא את הממצאים ממערת הקבורה וקבעה שמדובר במתים נוצרים. בסיום החפירות הועברו העצמות למוזיאון רוקפלר ונשמרו במחסן מיוחד במוזיאון.