早在1978年大地湾遗址复查时，甘肃省文物工作者就发现遗址区南面山坡的断崖上断断续续裸露出几十厘米厚、数十米长的红烧土层。
1982年10月底，大地湾考古发掘仍在紧锣密鼓地进行。考古工作队的专家由已经发掘的F405大型建筑附近存在红烧土层，联想到1978年发现的遗址区南面山坡断崖上的红烧土层，他们推测南面山坡断崖处也很可能存在大型房址。于是，考古工作队决定，1983年集中发掘该遗址区。为了便于来年工作，他们和这块耕地的承包人协商，让承包人没有种冬小麦，预留了60米×26米的发掘用地。
1983年6月初，郎树德等一行五人抵达大地湾。6月9日，他们在编号为第十区的发掘工地上正式开工发掘。
为了探明情况，他们先顺着崖边红烧土暴露的方向即南北向布了四个探方，主要由郎树德、赵建龙、许永杰负责。发掘进度很快，仅仅三四天，许永杰负责的T901挖至1．7米处，就大面积暴露出含有大块红烧土的文化堆积。6月20日，红烧土堆积下面开始暴露大型建筑的墙体和附壁柱。这一发现和他们当初的判断一模一样，大家兴奋地聚在一起，紧急协商后决定，先顺着墙体试掘一小块，这样既可探明居住面的情况，又可掌握墙体的保存高度。
说干就干。三位工地负责人挥动三把小铲同时工作，不一会便挖到了墙体与居住面的相接处。令大家惊叹的是，居住面异常平整，墙体竟然保存有0．8～1米高！既然是座建筑，他们当即按照考古规程为之编号F901。于是，从这一天起，5000年前诞生的史前殿堂就被冠以F901之名而四海传扬。
满怀喜悦和期冀，之后的两天里，他们又相继清理出了F901的正门和东旁门，两门宽度分别为1．2米和1．1米，是一般房址门宽的2倍多。24日—26日，他们相继在已掘范围的北部、西部又开了三个探方。这一段时间，正是当地无云少雨的干旱季节，大家早出晚归，加班加点，废寝忘食。经过10天的努力，气势恢弘的F901主体终于展现在了世人面前。
F901主体呈梯形平面，前墙长16．7米、后墙长15．2米，宽8米，面积约130平方米。前后墙各设八个附壁柱，柱径达0．4～0．65米。正面开设了三个大小相近的门。与一般史前建筑不同的是，其结构既承袭了远古民居土木结构之传统，又开创了后世宫殿建筑之先河。
7月7日，时任甘肃省文物工作队副队长的张学正与摄影师蔡义选来到工地。考古工作队的同志支起一个从当地农机站定做的铁架子，蔡义选登上顶端，将F901整体出露情况用照相的形式永久保存了下来。9日，张学正主持召开全体人员参加的会议。大家认为，F901暂不宜继续发掘，应向上级主管部门汇报并拟定保护方案。
两个月之后的9月10日，F901的发掘由郎树德和赵建龙执铲再度开工。开工当日，即在房址中部的正门前位置，发现了一座与普通民宅的灶台决然不同的圆形大灶台。灶台直径2．6米，残高0．5米，中部积存有厚达数十厘米的白色草木灰。随后，又清出东西分布的两个室内顶梁大柱的护壁。东大柱的护壁现存较好，其残高近1米，外径0．9米，中心柱洞内径0．5米。从中心大柱柱洞内径可知，当时作为顶梁柱的原木直径至少有0．5米。而从屋顶塌落的堆积分析，当时屋顶有密集的木椽，间距3～5厘米。考古专家认为，粗大的顶梁柱、大量的木椽在当时运输能力很有限的情况下，不会来自外地，而应直接选自当地。由此推断，此地当时的生态环境应该非常好。
随着塌落堆积的清除，居住面在考古工作者的小铲下逐渐显露于世。其表面呈黑青色，光洁平整，做工考究，外观酷似当今的水泥地坪。凡亲眼目睹者，无不为之惊叹叫绝。当考古工作者用发掘铲敲击时，铿锵有声，足见其坚硬程度。后经甘肃省建筑科学研究所用仪器检测，其抗压强度相当于今天的100号水泥砂浆地面。历经5000年岁月，F901地面仍有如此高的强度，真可谓建筑史上的奇迹！
9月24日，张学正队长再次来到工地指导并执铲参加发掘，刚从北京大学考古系毕业的戴春阳同志也加入了发掘的队伍。这时发掘进度加快，因为必须抢在天气变冷时基本结束工作。摄影师蔡义选留、住工地，随同发掘工作进行拍摄。进入10月以后，居住面上开始出土成组器物，有些陶器夹在塌落土块之间的空隙中得以完整保存，有的虽被塌落的屋顶砸破，却仍保持着原有的形状，而且无缺失。
F901地面上出土的是一组罕见的奇特陶器。其中有一件造型凝重的四足鼎，一件完整的可作水平仪的条形盘，两件带有环形把手的类似今日撮粮食的“撮箕”，有四个镂孔的小平底釜及带器盖的大型陶罐。这组造型别具一格的陶器仅见于F901，在其他房屋遗址中从未发现，这意味着它们有特殊的用途，专家推测，它极有可能是一组部落公用的、只有在大型礼仪活动中才使用的祭祀器皿。
10月末，气温已越来越低，可F901的发掘仍在紧张而有条不紊地进行。发掘进入最后的关键阶段，考古现象愈加复杂。考古工作者在F901大型房址的前面即南部，清理出两排柱洞和一排柱础石，在后面即后分室清理出低于主室地面且不甚平整的黄土硬面，并出土了大型陶缸等储藏器；前墙分别向两翼延伸，西侧墙附近还出土了成组的器物和完整的颜料研磨盘。由此看来，F901是一座复合式建筑，此前发现的是主室，其左右还有经侧门相通的侧室，前面还有16米×8米的轩棚以及宽阔的广场，后面有分室。整个建筑布局主次分明、错落有致，形成了一个功能不同、结构严谨的建筑群体。
F901大型房址不仅充分展现了5000年前大地湾先民的睿智与创造，而且充分展现了5000年前大地湾部族的繁荣与辉煌！