Η βασιλική του Βυζαρίου βρίσκεται στη θέση Ελληνικά, λίγο έξω από το σημερινό οικισμό. Ο Giuseppe Gerola, στις αρχές του 20ου αιώνα, αναφέρει ότι σύμφωνα με την παράδοση ήταν αφιερωμένος στην Παναγία. Η ανασκαφή της βασιλικής ξεκίνησε το 1956 από τον Κ. Καλοκύρη και ολοκληρώθηκε δύο χρόνια αργότερα. Ο ναός σύμφωνα με τον ανασκαφέα, χρονολογείται στα τέλη του 6ου αιώνα. Μετά την κατάληψη του νησιού από τους Άραβες (824) η βασιλική πρέπει να καταστράφηκε από τις βίαιες επιδρομές τους. Ο χώρος όμως θεωρεί ότι συνεχίζει να χρησιμοποιείται, όπως δείχνουν τα νομίσματα, η κεραμική, αλλά και κάποιες πρόσθετες κατασκευές που έγιναν στα κλίτη.

Πρόκειται για μια μεγάλη τρίκλιτη βασιλική, οι τοίχοι της οποίας διατηρούνται σε αρκετά μεγάλο ύψος. Ανατολικά απολήγει σε τρεις ημικυκλικές αψίδες, από τις οποίες η κεντρική είναι πιο μεγάλη και ισχυρώς προβάλλουσα και διατηρεί ίχνη συνθρόνου. Διατηρούνται τα θεμέλια του στυλοβάτη του τέμπλου, τα άκρα του οποίου φαίνεται να σχημάτιζαν ένα είδος προστώου. Οι ανατολικοί χώροι των πλάγιων κλιτών σε κάποια υστερότερη φάση φαίνεται να διαμορφώθηκαν σε ιδιαίτερα δωμάτια με την προσθήκη εγκάρσιων τοίχων.

Τα κλίτη χωρίζονται μεταξύ τους με υψηλούς στυλοβάτες που δεν επιτρέπουν την επικοινωνία μεταξύ τους. Το κεντρικό κλίτος ήταν καλυμμένο με πλίνθινες πλάκες και ήταν σε υψηλότερο επίπεδο από τα πλάγια, των οποίων το δάπεδο ήταν από πατημένο χώμα. Μπροστά από την κόγχη του νότιου κλίτους βρίσκεται μια υπόγεια πλίνθινη κατασκευή, κυκλικής κάτοψης ενώ εσωτερικά φέρει βαθμίδες. Στην πρώτη φάση της η κατασκευή αυτή φαίνεται να είχε τη χρήση θάλασσας-χωνευτηρίου, ενώ αργότερα με την προσθήκη βαθμίδων μετατράπηκε σε βαπτιστήριο. Υπέρ τούτου συνηγορεί και η παρουσία μίας ακόμα φρεατοειδούς κατασκευής στην νοτιοδυτική γωνία του κλίτους στην οποία κατέληγε αγωγός που επικοινωνούσε με το όρυγμα.

Δυτικά υπάρχει ο νάρθηκας στον οποίο βρέθηκαν ταφές. Μέχρι σήμερα δεν έχει γίνει ανασκαφή στο δυτικό τμήμα του ναού, επομένως δεν γνωρίζουμε αν υπήρχε αίθριο. Όμως ο Καλοκύρης υποστηρίζει ότι με βάση τη διαμόρφωση του νάρθηκα και λόγω της ανεύρεσης θεμελίων στα δυτικά, υπάρχει πιθανότητα στο σημείο αυτό να υπήρχε αίθριο.

Από την ανασκαφή ήρθαν στο φως διάφορα ευρήματα, όπως δύο τμήματα από κιονόκρανα (ιωνικό και κορινθιακό), οι κίονες που χώριζαν τα κλίτη, κατασκευασμένοι από τοπικό λίθο (αμυγδαλίτη), βάσεις κιόνων πώρινες και μαρμάρινες, κιονίσκοι, πιθανόν από την Αγία Τράπεζα, τμήματα θωρακίων, τμήματα από τον κοσμήτη του τέμπλου, αγγεία, λύχνοι, κέραμοι της στέγης, τμήματα από γυάλινα καντήλια κ.α . Ανάμεσα στα ευρήματα υπάρχουν και νομίσματα. Στο βόρειο από τα παραβήματα βρέθηκαν τρία χάλκινα νομίσματα του Αλέξιου Α' Κομνηνού (1081-1118) και δύο αραβικά νομίσματα που χρονολογούνται τον 9ο αιώνα.

200 μέτρα ανατολικά της βασιλικής βρέθηκε οικοδομικό συγκρότημα και κτιστός στρογγυλός λουτήρας. Ο χώρος αυτός φέρει επίσης ίχνη καύσης. Το συγκρότημα αυτό ίσως να αποτελεί μέρος του γενικότερου οικισμού που απλωνόταν γύρω από το ναό.