גוטמן נענה לאתגר של יצחקי גל בהצעתו מ- 1968. הוא חקר את תולדות המרד הגדול שנים רבות והיה, בין היתר, החוקר הישראלי הראשון של מצדה. הוא מעולם לא קיבל את זיהויה של גמלא בנחל הרקד, ולאחר מלחמת ששת הימים ניסה לאתרה במסגרת הסקר הארכיאולוגי של הגולן. רצה הגורל וגמלא לא הייתה בתחום שהוקצה לגוטמן, והיא לא אותרה בסקר זה.
גוטמן התלהב מהצעתו של יצחקי גל, ובשנת 1970 נערך באתר סקר מוקדם, שהעלה ממצאים שחיזקו את האפשרות כי זו אכן גמלא. בשנת 1976 בחפירת האתר. בין היתר עסק גוטמן גם במסעו של אספסיאנוס לגמלא, כפי שהוא מתואר על ידי יוסף בן מתתיהו, ואף שיחזר את המסע בטיול של המדור לידיעת הארץ בתנועה הקיבוצית בשנת 1978. חפירותיו נמשכו 14 עונות רצופות, עד לשנת 1989. בעונות אלה הוא חשף חלקים משרידי העיר וצפונותיה. החפירות אימתו את המתואר על ידי יוסף בן מתתיהו, אך הוסיפו גם מידע רב על תולדותיה שלא היה ידוע מן הכתובים.
הבניין הראשון שנחשף היה מכלול בית הכנסת, שהוא ללא ספק הבניין החשוב והמרשים ביותר שנתגלה בעיר עד היום. הגלוי נתן דחיפה משמעותית להמשך החפירות, שנעשו בקשיים טכניים עצומים. גמלא אולי נהרסה בחלקה על ידי הרומאים, בעיקר בקטעים הסמוכים לחומה, אך עיקר הנזק וההרס בה נגרמו במשך הדורות מתהליכי טבע, מרעידות אדמה ומגלישות קרקע. במדרון תלול כמו זה של גמלא גם רעידה קלה משחררת גושי בזלת אדירים מפסגת הרכס ומביאה להרס קירות הבניינים. העיר כולה נקברה תחת מפולות וסחף ורק במקומות בודדים בצבצו קירות או פינות מעל פני השטח. המדרון התלול והעדר האפשרות להכניס כלים מכניים כלשהם הציבו בפני החופרים אתגרים רציניים ביותר, ולמעשה, פרט לעזרים מכניים פשוטים ביותר (קרוניות על מסילות וכננת ממונעת) נעשתה כל החפירה בעבודת ידיים. ברוב המקומות היה צורך בפינוי כמויות עצומות של אבני בנייה כבדות מבזלת בטרם ניתן היה לגשת לחפירה עצמה. כל העפר נופה ואת ערמות השפכים שנוצרו צריך היה לפנות מדי פעם – גם זאת בעבודת ידיים – כדי לפתוח שטח חדש לחפירה.
בשנת 1997 חודשו החפירות במסגרת פרויקט גדול, שכלל סקר שימור מקיף, עבודות שימור נרחבות ופיתוח תיירותי הכולל סלילת שבילים, שחזור, שילוט ובניית דגמים של מכונות מלחמה רומיות. החפירות המחודשות נמשכו עד כה ארבע שנים, במהלכן הושלמה החפירה באיזורים אחדים שגוטמן לא הספיק לסיימן ונפתחו שטחים חדשים, ביניהם 'בית האמידים' וה'בסיליקה' (להלן).
את השטחים שנחשפו בבגמלא ניתן לחלק לשלשה אזורים, בסדר המשקף גם את סדר בנייתם: הרובע החשמונאי, הרובע המזרחי (הכולל את בית הכנסת ואת החומה) והרובע המערבי, הוא רובע האמידים.