Tháng 1 năm 2005, theo kế hoạch tu bổ và tôn tạo khu đền thờ An Dương Vương (Đền Thượng) của Ban Quản lý Di tích và danh thắng Hà Nội, Viện Khảo cổ học đã được mời thực hiện kế hoạch thám sát khảo cổ học. Đây là cuộc khai quật đầu tiên được tiến hành trong khu thành Nội của Khu di tích Cổ Loa.

Tại đây các nhà khảo cổ học đã đào 3 hố khai quật, ở lớp văn hóa thứ 3 từ trên xuống được gọi là lớp Cổ Loa thuộc vào những thế kỷ cuối của thiên niên kỷ I trước Công nguyên cho tới đầu Công nguyên đã phát hiện được 2 khu vực có liên quan đến lò đúc đồng. Toàn bộ khu lò đúc được phủ một lớp than tro dày, ở giữa có một vùng đất sét màu đỏ do bị nung nóng. Có nhiều cụm ngói được đặt úp hoặc ngửa một cách có ý thức gần như làm thành một vành đai xung quanh khu vực có than tro. Tìm thấy 36 mảnh khuôn đúc bằng đá mềm nằm rải rác hoặc tập trung thành cụm ở trong lớp đất màu vàng nâu. Những mảnh khuôn đúc nằm ở trên lớp than tro và cả trong lớp tro còn giữ lại chưa được xử lý chắc chắn còn tới hơn chục chiếc nữa. Điều thú vị là ở rìa của khu lò còn cả một cụm đá khá lớn, đây là những mảnh vỡ của khuôn hoặc là những mảnh đá bị loại bỏ trong quá trình sản xuất khuôn ngay tại lò đúc.

Ngoài một chiếc khuôn đúc hai mang, hình vật đúc là loại lao cánh én, ở phần chuôi có lỗ tra chốt hãm, còn tất cả các khuôn đúc tìm được ở đây là loại khuôn ba mang để đúc những mũi tên đồng 3 cạnh. Kỹ thuật làm khuôn rất cao, mặt trong khuôn rất nhẵn, phẳng để đảm bảo cho mặt khuôn luôn khít, những rãnh nhỏ hoặc gờ nhọn, mảnh ở giữa khuôn tạo ra các cạnh ở chuôi của mũi tên luôn đều nhau.

Như vậy sau hơn nửa thế kỷ từ khi phát hiện ra kho mũi tên đồng Cầu Vực (năm 1959), chúng ta đã phát hiện được nơi đúc ra những mũi tên 3 cạnh độc đáo mà từ lâu đã được giới khảo cổ học Việt Nam gọi là mũi tên đồng Cổ Loa.