第1次5年計画では次のような基本計画を立てた。
この基本計画に沿い、まず遺跡全体に測量基準点を設置して、その後の継続的調査に備えた。
発掘調査として最初に取りかかったのは外郭北門である。
調査に先立ち、7月22日現地で鍬入れ式を実施した後、新野直吉顧問による「払田柵跡調査の学術的意義」と題する講演会が町公民館で開催された。
鍬入れ式
調査の結果、門と外郭線材木塀に1回建て替えがあり、長森の丘陵の裾には築地土塀が存在することが判明して、昭和5年の文部省の調査以来の認識に大きく変更をせまることになった。
翌年には外柵南門が調査され、外郭北門とは異なり、建て替えがなされていないことがわかった。
また、嘉祥2年銘のある木簡が出土し、伴出土器はその後の土器研究の基準資料となった。
その後、外郭線の築地土塀と材木塀は連続する区画施設で、構造の差異は立地条件による違いであることや、外郭線全体の変遷も明らかにされた。
外郭線の位置や構造、その変遷に大きな見通しを得た後は、払田柵跡の中枢施設であった政庁跡の調査を実施した。
正殿、東脇殿、広場、政庁を取り囲む板塀やそれに取り付く門が日の目を見ることによって、それらの配置形式が、多賀城や太宰府政庁、近江国庁などの国府政庁の建物配置と基本的には同一であることが明らかとなった。
また、外郭南門にも建て替えがあることが確認された。
第1次5年計画での調査面積は8,814㎡、調査経費は46,900,000余円であった。
県教育委員会は、昭和52年度に仙北町と協議の上、『国指定史跡払田柵跡保存管理計画策定報告書』をまとめた。
これは史跡指定の事実を確認したうえで、変貌する地域社会の中で遺跡の保存をどう図ってゆくかの方針を立てたもので、その後の史跡保存の指針となった。