Cho tới đầu thế kỷ XX đã không có vị Giáo hoàng nào nghĩ tới việc kiểm nghiệm khảo cổ mộ của Thánh Phêrô.

Năm 1939, các công nhân tu sửa khu hầm bên dưới nhà thờ Thánh Phêrô, nơi mai táng truyền thống của các Giáo hoàng, đã có một phát hiện đáng kinh ngạc. Ngay bên dưới sàn nhà, họ phát hiện ra một ngôi mộ La Mã cổ. Vài tháng sau khi được bầu làm Giáo hoàng, Giáo hoàng Piô XII đã ra lệnh bắt đầu các cuộc đào bới khảo cổ dưới nền đền thờ Thánh Phêrô, đặc biệt là dưới bàn thờ tuyên xưng đức tin, mà truyền thống liên tục từ xưa tới nay nói là có mộ của Thánh Phêrô.

Các cuộc đào bới do Linh mục Ludovico Kaas hướng dẫn, với sự trợ giúp của các nhà khảo cổ Enrico Josi, Linh mục Antonio Ferrua, Linh mục Engelbert Kirschbaum và kỹ sư kiến trúc Bruno Maria Apolloni Ghetti. Các cuộc đào bới đã kéo dài từ năm 1941 đến 1950 và đưa ra ánh sáng nghĩa trang thuộc thời tiền Kitô, cũng như nơi chôn cất Thánh Phêrô.

Ngay dưới bàn thờ, người ta tìm thấy một khu vực chôn cất lớn và một bức tường sơn đỏ. Trong một hốc tường là xương của một người đàn ông.

Năm 1967, Giáo hoàng Phaolô VI đã tuyên bố là Giáo hội đã tìm thấy hài cốt của Thánh Phêrô. Hiện nay Giáo hội công giáo mừng kính Thánh Phêrô vào ngày 29 tháng 6 cùng với Thánh Phaolô.