Η βυζαντινή Μαρώνεια καταλαμβάνει μικρή έκταση σε σχέση με την αρχαία πόλη. Στην ουσία περιορίστηκε γύρω από το αρχαίο λιμάνι και ορίζεται από δικό της περίβολο. Η περίμετρος των τειχών υπολογίζεται σε 2 χλμ. Η νότια και δυτική πλευρά ακολουθεί την ακτογραμμή, ενώ η ανατολική και βορειοανατολική το ρέμα της Καμπάνας που χρησίμευε ως φυσική τάφρος. Η βόρεια πλευρά ως η πλέον ευάλωτη ενισχύθηκε με προτείχισμα. Κατά μήκος των πλευρών και στις γωνίες υπάρχουν τετράπλευροι πύργοι. Στο κέντρο σχεδόν της βυζαντινής πόλης, στη θέση Παληοχώρα, ανασκάφηκε μια παλαιοχριστιανική βασιλική με μεταγενέστερες φάσεις που παρέχουν τη δυνατότητα παρακολούθησης της μακραίωνης ζωής της πόλης. Από τη βασιλική ανασκάφηκε το αίθριο, ο νάρθηκας και τμήματα των κλιτών. Το αίθριο είναι θεμελιωμένο πάνω σε αρχαιότερα κτίρια που παρείχαν έτοιμα θεμέλια για αυτό και αποκλίνει έντονα από τον κατά μήκος άξονα της βασιλικής. Είναι τρίστωο με είσοδο στη δυτική πλευρά, το μαρμάρινο κατώφλι της οποίας διατηρείται στη θέση του. Έφερε ψηφιδωτά δάπεδα. Κυρίαρχο θέμα είναι τα οκτάγωνα που δένουν μεταξύ τους αλυσιδωτά με κόμβους του Ηρακλή (θέμα γνωστό από την ελληνιστική τέχνη, αλλά σπάνια εμφανιζόμενο στον ελλαδικό χώρο την παλαιοχριστιανική περίοδο) και περιλαμβάνουν πουλιά, καλάθια, αγγεία, φρούτα, λουλούδια, πέλτες, γεωμετρικά θέματα σε πλούσιες παραλλαγές και με ελεύθερη διάταξη. Ορισμένες μεμονωμένες συνθέσεις, όπως δελφίνι με τρίαινα, λαγός με σταφύλι και πουλί που ξεφεύγει από το κλουβί του, είναι σπάνιες ή μοναδικές στα ψηφιδωτά του ελλαδικού χώρου. Οι διαστάσεις της βασιλικής σε συσχετισμό με τη ζωντάνια και την πρωτοτυπία των θεμάτων των ψηφιδωτών, την ποικιλία των χρωμάτων τους και την τελειότητα στην απόδοση των λεπτομερειών, συνηγορούν στην μνημειώδη κατασκευή της. Τα ψηφιδωτά της Παληόχωρας εντάσσονται στο καλλιτεχνικό κλίμα που χαρακτηρίζει πολλά ψηφιδωτά του α΄ μισού του 6ου αι. στη νοτιοανατολική Μεσόγειο και στη Βόρεια Αφρική.

Στη βασιλική υπέρκεινται κτίσματα του μεσοβυζαντινού οικισμού ανάμεσα στα οποία ένα ιδιαίτερο κατασκευαστικά και μορφολογικά, τριμερές μέγαρο (κατοικία αξιωματούχου;) και ένα μονόχωρο ναύδριο που εδράζει στο βόρειο κλίτος της βασιλικής και είναι κτισμένο κατ΄ εξοχήν με spolia σε πρώιμο πλινθοπερίκλειστο σύστημα. Τα μεσοβυζαντινά σπίτια, κτισμένα με πέτρες, άφθονα spolia, πλινθία και λάσπη για συνδετικό υλικό, περιλαμβάνουν αποθηκευτικά πιθάρια, αποθέτες με κεραμική που καλύπτει σχεδόν όλους τους τύπους της μεσοβυζαντινής περιόδου, στάχτες ή όστρεα, εστίες, δεξαμενή, μικρό θολοσκέπαστο φούρνο, έδρανα, κοιλότητες για διάφορες χρήσεις.

Η μελέτη της κεραμικής και των νομισμάτων που παρουσιάζουν μια αδιάλειπτη συνέχεια από τα χρόνια των Μακεδόνων μέχρι την ανακατάληψη της Κωνσταντινούπολης (1261), οδηγεί στο συμπέρασμα ότι τα μεσοβυζαντινά κτίρια κατοικούνταν συνεχώς από τον 9ο-10ο αι. ως και τα μέσα του 13ου αι. μ.Χ.

Σε μια απόσταση 10 περίπου χιλιομέτρων σε παραθαλάσσια περιοχή ανατολικά από τη Μαρώνεια εντοπίζεται ο αρχαιολογικός χώρος της Σύναξης. Τα ευρήματα στο χώρο περιλαμβάνουν μεγάλη τρίκλιτη βασιλική με εγκάρσιο κλίτος, της οποίας το ανατολικό τμήμα είναι κτισμένο με μάρμαρα από αρχαιότερα κτίρια της εποχής των Αντωνίνων (96-112 μ.Χ.), νάρθηκα, αίθριο με φιάλη και λατρευτικό παρεκκλήσι. Πιθανόν σ? αυτή τη θέση να είχε κτιστεί και το ηρώον του Μάρωνος. Δίπλα στη βασιλική και προς τη μεριά της παραλίας έχει αποκαλυφθεί μεγάλο οικοδόμημα, το οποίο κατά πάσα πιθανότητα λειτουργούσε ως ξενώνας που προσέφερε διαμονή στους προσκυνητές πριν και μετά τη μετάβασή τους στη Σαμοθράκη. Τον 9ο ή 10 ο αιώνα, πάνω στη βασιλική, που διατηρήθηκε μέχρι τον 7ο αι., και με οικοδομικά υλικά από τα ερείπια της, ιδρύθηκε μονή. Το μοναστήρι άκμασε τον 12ο αιώνα και φαίνεται να αποτελείται από δύο πτέρυγες διαμερισμάτων. Η μια πτέρυγα καταλαμβάνει το βόρειο κλίτος της παλαιοχριστιανικής βασιλικής και η άλλη πτέρυγα το νότιο κλίτος της, τα κελιά, το σκευοφυλάκιον, το θυρωρείον, το οψοφυλάκιον και το μαγειρείον. Ανάμεσα στις δύο πτέρυγες βρίσκεται η αυλή, η οποία καταλαμβάνει το κεντρικό κλίτος της παλαιάς βασιλικής. Το καθολικό της μονής βρίσκεται στο ανατολικό τμήμα της αυλής. Ήταν απλός μονόχωρος ναός με νάρθηκα και ανοιχτό εξωνάρθηκα. Λειτούργησε ως τον 13ο αιώνα, εποχή κατά την οποία εγκαταλείπεται.