La segunda muralla es una extensa edificación de adobes que encierra las pirámides con rampa, su acceso principal se encuentra en el frontis norte por el cual se conduce a una extensa calle que se dirige a la zona ceremonial.
Julio C. Tello en los años 40 realizó excavaciones al exterior de la Segunda muralla en el frontis norte con la finalidad de ubicar y documentar los canales que abastecieron de agua al santuario.
El Museo Pachacamac ha realizado entre los años 2010 y 2011 investigaciones arqueológicas y puesta en valor de un tramo del frontis Oeste de la Segunda Muralla que se encontraba asociada a una plaza pública reportándose el hallazgo de ofrendas incas como aríbalos, entierros de perros así como dos esculturas de madera asociadas lo que muestra el uso ritual de dicha plaza.
Al pie externo de la muralla se identificaron las excavaciones, donde se registraron los desechos de un taller de talla de piedras, con las partes de algunas edificaciones que fueron construidas (Pirámide con Rampa N° 8, Acllawasi, entre otros). Otro hallazgo importante fue la presencia de entierros humanos asociados a diversos objetos, como vasijas y tejidos de estilo Inca, encontrados al pie del paramento interno de la muralla.