כבר במהלך הסקרים הראשונים היה ברור כי גמלא הייתה מרכז חשוב וגדול בתקופת הברונזה הקדומה. מתקופה זו נתגלו בה מבנים מעטים יחסית, שכן תושבי גמלא המאוחרים השתמשו באבני הבנייה הקדומות לצורכיהם. ברובע החשמונאי (שטח B) שרדו כמה מבנים מתקופה זו הנבדלים מן האחרים בגודלן העצום של אבני הבנייה. יכולת הבנייה הייתה טובה כל כך, עד שכעבור כ- 2600 שנה, יכלו המתיישבים החדשים להשתמש בקירות אלה לבתיהם. ניתן לקבוע כי היישוב התקיים רק בשלבים א' וב' של תקופת הברונזה הקדומה (3300–2700 לפני סה"נ). ברחבי האתר נמצא מספר גדול מאוד של להבי מגל מצור, שעל רובם ניתן להבחין בקלות בברק השימוש, הנוצר עם קציר הדגן למינהו, ומעיד על מקור פרנסה אחד לפחות של יושבי גמלא באותה תקופה. בין שאר הממצאים היה גרזן פולחני מנחושת, ומשני צדדיו מצויה דמות נחש קוברה בסגנון מצרי.

מבדיקת הנחושת מסתבר כי מקור המתכת אינו באזורנו. חותם אבן נדיר שנמצא מתוארך לסוף האלף הרביעי לפני סה"נ, ועליו מתוארים באורח סכמטי נחש, חיה מקרינה ודמות אל. נמצאו גם 'צלמית כינור' מאבן גיר וכן קערת בהט וכלי מאובסידיאן, המעידים על קשרי מסחר עם הצפון. התמונה היישובית הצפופה בגמלא משתלבת היטב עם התמונה הרחבה של הישוב מתקופת הברונזה הקדומה בגולן, כפי שעולה ממחקרי 'פרוייקט ארץ גשור' של אוניברסיטת תל-אביב. לא ברור מה גרם לחורבנו או לנטישתו של האתר, אך במשך כ- 2300 שנה - עד לתקופה ההלניסטית - לא נושב האתר מחדש.

היום, על-סמך מספר ממצאים מצומצם, אנו נוטים לחשוב כי בגמלא היה ישוב עוד בתקופה הכלקוליתית, שכן מקצת כלי החרס שנמצאו שם מזכירים במידה רבה את הכלים מן האתרים הכלקוליתיים בגולן, וייתכן שהם שלב מעבר בין שתי התקופות. כמו כן, נמצא גם שבר של 'אליל בית' העשוי בזלת והוא דומה לפסלים המיוחדים המאפיינים את אתרי התקופה הכלקוליתית בגולן.

מן החפירות עולה גם כי חומת העיר מימי המרד הגדול בנויה בחלקה על גבי חומה מתקופת הברונזה הקדומה. בגולן נחקרו מספר מתחמים מתקופה זו (מתחם יצחקי, מתחם לביאה, מתחם אל-על) שכולם, בדומה לגמלא, בנויים על שלוחה צרה במפגש נחלים, המחוברת לרמה בצד אחד בלבד, שם נבנתה חומה אדירה — ולפעמים מספר חומות — לצורכי הגנה. מציאת חומה קדומה זו שופכת גם אור על פסוק מן המשנה, שהוא אחד האזכורים הבודדים של גמלא מחוץ לכתבי יוסף בן מתתיהו: עיר שגגותיה חומתה, ושאינה מוקפת חומה מימות יהושע בן-נון, אינה כבתי ערי חומה. ואלו הן בתי ערי חומה: קצרה ישנה של ציפורים, חקרה של גוש חלב, יודפת הישנה, גמלא, גדור, חדיד, אונו וירושלים. (משנה, ערכין ט:ו)

במסורת חכמים נמנתה אם כן גמלא על הערים שנכבשו בידי יהושע בן-נון. באותו עניין בתוספתא (ערכין ה, טז) נאמר כי במשנה זו נמנו רק ערים שקודשו כשעלו בני הגולה לארץ-ישראל — כלומר, מתקופת שיבת ציון ואילך. מאחר ואין בגמלא כל ממצא ארכיאולוגי אותו ניתן לתארך לזמן שבין תקופת הברונזה הקדומה לתקופת הבית השני, נראה כי מסורת המשנה התגבשה אצל תושבי גמלא היהודים, שחזו בשרידי החומה הקדומה וניסו לתת הסבר למקורה. לעניין זה השלכות גם לקידושה של גמלא כעיר מקלט, ועל כך להלן.