В 1964-1965 гг. Институтом археологии АН СССР были организованы три экспедиции, проводившие исследования на дне Черного моря около Донузлава. Руководил исследованиями В. Д. Блаватский, а в разное время участие принимали археологи-подводники — В. И. Кузищин, Г. А. Кошеленко, Б. Г. Петерс. Работы вели в открытом море, на расстояниях 140-180 м от берега, на глубине 4-5 м. Разведками была обследована площадь свыше 7000 м2. 
Кроме того, был заложен 41 раскоп глубиной (от поверхности морского дна) от 2 до 4 м. Из раскопов было вынуто более 5000 мг грунта. В результате этих работ были обнаружены остатки кораблекрушения, рассеянные на пространстве примерно 140 м в длину и около 90 м в ширину. С морского дна были подняты небольшая часть груза, а также очень скромные остатки древнего корабля.
От деревянных частей корабля уцелели только дугообразный обломок шяангоута — ребра корпуса судна, служащего основой для обшивки, (размером 34 х 6, 5 х 5 см) и несколько кусков досок бортовой обшивки. От металлических частей сохранилось несколько бронзовых гвоздей и кусков листовой свинцовой облицовки. Толщина этих листов около 1 мм. Было найдено девять таких листов, все они скомканы и имели рваные очертания; размеры наибольшего из них 60 х 50 см. Многие листы были пробиты гвоздями, отпечатки шляпок которых диаметром до 1,6 см остались на обшивке. Расстояния между отверстиями от гвоздей — 4,5-7,5 см; иногда такие дыры расположены рядами. Наибольший из найденных гвоздей достигает в длину 28,5 см.
Были обнаружены также бесформенные куски песчаника, внутри которых находились остатки деревянных или металлических предметов. При вскрытии одного из таких песчаников был обнаружен топор корабельного плотника. Деревянная рукоять 40 см длиной и 2,5 см толщиной сохранилась очень хорошо, а железный топор был полностью разрушен коррозией. Однако от него осталась своего рода форма из песчаника, позволившая отлить в ней гипсовый слепок утраченного предмета. Достойно внимания, что аналогией донузлавской находке может служить другой топор корабельного плотника, от которого тоже сохранилась только «каменная форма», обнаруженная в 1953 г. подводной археологической экспедицией в районе Канн.
Перечисленные находки — это все, что уцелело от древнего корабля, погибшего около Донузлава. От груза корабля сохранилось большое число амфорных черепков и 20 целых или почти целых гераклейских амфор. На амфорах были клейма, относящиеся к пяти группам. Форма всех амфор одинаковая, высота их от 63 до 66 см, емкость около 10,5 л. Судя по формам, все гераклейскпе амфоры можно отнести к концу IV — началу III в. до н. э. Этой дате не противоречат и оттиснутые на них клейма, а равно и фрагмент чернолакового килика со штампованным орнаментом, найденный на том же участке. По мнению исследователей кораблекрушения В. Д. Блаватского и Б. Г. Петерса все эти находки определяют время гибели корабля и позволяют заключить, что он шел с грузом из Гераклеи Понтийской.
Свидетельство Мемнона о кораблях, посланных гераклеотами на помощь Лисимаху против Антигона сына Деметрия, показывает, что гераклейский военный флот в начале III в. до н. э. не уступал по своим качествам эскадрам эллинистических государств Средиземноморья. 
Конечно, у нас нет оснований безоговорочно утверждать гераклейскую принадлежность нашего корабля. Однако такая возможность отнюдь не исключена. Во всяком случае, как ни незначительны остатки донузлавского корабля, но все же и они позволяют говорить о высоком уровне торгового кораблестроения в том городе, где он был сооружен, возможно Гераклее. Основанием для такого утверждения является наличие у донузлавского корабля обшивки из свинцовых листов, что требовало немалого труда и стоило довольно дорого. О применении свинцовой обшивки, прибивавшейся к корпусу корабля по мере изготовления, сообщает Афиней„ когда описывает сооружение грандиозной ейкосоры Гиерона Сиракузского. Свинцовую обшивку имели также античные торговые корабли большой грузоподъемности, обнаруженные на дне Средиземного моря. Таков, например, корабль, затонувший во второй половине III в. до н. э. около островка Гран-Конлюэ, а также корабли, погибшие около Альбенги и Махдии. По-видимому, торговый корабль, шедший с грузом, был прибит штормом к берегу около Донузлава и затонул там на небольшой глубине. Условия кораблекрушения вызвали сильнейшее разрушение судна, усугубленное последующими штормами. В античное время в районе Донузлава корабли, по всей видимости, погибали неоднократно. Об этом говорят найденные на дне моря обломки амфор VI в. до н. э. с росписью в виде полос коричневого лака, а также амфор римского времени.
