1971年(昭和46年)に九州大学考古学研究室が銅戈鋳型と同時期の遺構・遺物を発見すべく発掘調査したところ、神社がある独立丘陵が帆立貝形古墳であると判明した。1985年、市教育委員会が確認調査した。後世の改変をかなり受けているが、くびれ部が反るように広がる前方後円墳と判明した。後円部から見つかった2基の主体部のうち1基から、
三角縁神獣鏡などの初期古墳の遺物が出土した。これまで那珂八幡古墳は「纒向型」とみられていた。今回の調査により那珂八幡古墳は、従来75mとされていた全長は約86メートルに伸び、後円部と前方部の比率が5対3となることが確認された。前方部の端の幅も30メートル程度で想定の約45mより狭く、纒向型と異なっている。福岡市埋蔵文化財課の久住猛雄は「近畿の古墳をまるまるコピーしたのではない」と話す。一帯は魏志倭人伝に出てくる奴国の中心部で、同古墳に埋葬された人物は奴国に関わる有力者と考えられる。九州大学の溝口孝司教授(考古学)は「古墳時代の初期は近畿が地方を支配していたわけではなく、近畿と各地の首長たちによるネットワーク連合という形だったのではないか。各地域の古墳に独自性がある可能性がある」と話す(参考文献1)。