Zwischen 2001 und 2014 untersuchte die Forschungsstelle Asia Minor der Universität Münster den Gipfelbereich des Dülük Baba Tepesi. Darüber hinaus wurden von 2019 bis 2021 Konservierungsarbeiten durchgeführt. Die Arbeiten eines internationalen Forscherteams konnten die Existenz des Iuppiter Dolichenus-Heiligtums auf dem Dülük Baba Tepesi zweifelsfrei nachweisen.

Über die Entwicklung des Heiligtums in der römischen Kaiserzeit lassen sich jedoch kaum Aussagen machen. Zwar ist eine deutliche Monumentalisierung zu erkennen, doch sind die Baubefunde durch die lange Nachnutzung weitgehend zerstört. Klar ist nur, dass es gepflasterte Plätze mit Hallenbauten gab. Die gesamte Anlage war ummauert und von Osten durch eine Freitreppe erschlossen.  In der Regel sind jedoch nur noch Fundamentreste vorhanden, deren Funktion nicht mehr nachvollzogen werden kann.  Darüber hinaus gibt es eine Vielzahl unterschiedlicher Bauteile, die auf die Existenz zahlreicher Bauten hinweisen, deren Lage und Funktion jedoch weitgehend unbekannt ist. Im Laufe der Jahre wurden jedoch zahlreiche Funde gemacht, die zwar meist keinen Kontext mehr haben, aber dennoch zum Verständnis des Kultes in römischer Zeit beitragen. Sie belegen zum Beispiel eindeutig, dass das Heiligtum nicht nur von der lokalen Bevölkerung genutzt, sondern von Menschen aus verschiedenen Regionen des Römischen Reiches besucht wurde.  

Gleich zu Beginn der Ausgrabungen wurden jedoch auch zahlreiche Funde aus der Eisenzeit geborgen. Zudem zeigte sich, dass in den Randbereichen des zentralen Gipfelplateaus eisenzeitliche Baubefunde noch gut erhalten sind. Dies ist darauf zurückzuführen, dass diese Bauten im 2. Jh. v. Chr. systematisch abgetragen wurden, woraufhin man das Geländeniveau anhob und neue Bauten errichtete. Letztere wurden weitgehend zerstört, die darunter liegenden eisenzeitlichen Befunde blieben jedoch erhalten. Die Auswertung der Funde und Befunde zeigt, dass das Heiligtum bereits im 10. Die Hauptbauphasen datieren dann in das 7. und 6. Jh. v. Chr., als das Heiligtum mit einer mächtigen Mauer umgeben wurde. Tausende von Kleinfunden aus den eisenzeitlichen Schichten lassen sich mit Opferritualen in Verbindung bringen und zeigen darüber hinaus, dass die Menschen, die sich hier versammelten, Zugang zu Prestigeobjekten aus weit entfernten Regionen hatten.  Die Entdeckung des eisenzeitlichen Heiligtums ist in zweierlei Hinsicht von Bedeutung. Zum einen belegt sie, dass der Kult des Jupiter Dolichenus tatsächlich altorientalische Wurzeln hat. Das Heiligtum wurde vom 10. Jh. v. Chr. bis ins 3. Jh. n. Chr. durchgehend genutzt. Damit ist es deutlich älter als die Stadt. Die seit 2015 laufenden Ausgrabungen im Stadtgebiet haben bestätigt, dass die Siedlung von Doliche erst im 3. Jh. v. Chr. entstand, aber erst im Laufe des 2. und 1. Jh. v. Chr. städtischen Charakter annahm. In Doliche zeigt sich also, wie ein ländliches Heiligtum der Eisenzeit, das sich nach der assyrischen Eroberung im 7. Jh. v. Chr. zu einem regionalen Zentrum entwickelt, in hellenistischer Zeit zum religiösen Zentrum einer sich neu entwickelnden Stadt wird. Der Kult blieb jedoch grundsätzlich außerstädtisch. Doliche ist damit ein interessantes Beispiel für die Symbiose einer hellenistischen, griechisch geprägten Stadt und eines Heiligtums in altorientalischer Tradition. Dass auf dem Dülük Baba Tepesi unterhalb des hellenistischen Horizonts noch Zeugnisse früherer Phasen des Heiligtums zu finden sind, ist sicherlich ein Glücksfall nicht nur für die Erforschung des Heiligtums eines der wichtigsten Götter des Römischen Reiches, sondern auch für Fragen der Kultkontinuität und Religionsgeschichte des gesamten antiken Vorderen Orients. 

Eine weitere wichtige Entdeckung war die Existenz eines bedeutenden christlichen Klosters im Bereich des Heiligtums, das im Mittelalter zum Zentrum einer größeren Siedlung wurde. Die meisten Funde und Befunde der Ausgrabungen stammen aus der Zeit zwischen dem 5. und 12. Jh. n. Chr. Die Blütezeit des Klosters lässt sich u. a. anhand von Inschriften in syrischer Sprache auf das 8. bis 11. Jh. zurück. Sie erlauben es, das Kloster als das Kloster des Heiligen Salomon zu identifizieren, das aus zeitgenössischen Schriftquellen gut bekannt ist, dessen Standort jedoch unbekannt war. Die lange Lebensdauer des Klosters hat allerdings auch dazu beigetragen, dass nur wenige Reste des römischen Heiligtums erhalten sind.