En 2009, la rénovation d'un appartement situé en rez-de-chaussée d'un hôtel particulier (ancien hôtel de Valfons), derrière le tribunal judiciaire de Nîmes, a permis de mettre au jour un pan de mur en grand appareil de calcaire coquillier en réemploi. Une étude de bâti et un relevé de ce pan de mur ont été effectués à cette occasion. En 2014, la rénovation de l'appartement situé au-dessus du précédent a permis de poursuivre l'étude de ce mur en grand appareil, qui se prolonge en hauteur. Ce mur appartient à une enceinte tardive reconnue et fouillée en 1975-1976, lors de la construction de l'extension du tribunal sous lequel il est actuellement conservé.

La fouille de 1975 avait livré une section longue d'une quarantaine de mètres d'un mur d'une largeur maximale de 5,50 m. Ce mur, daté lors de la fouille de la fin de l'Antiquité, est surmonté par le mur de clôture des anciennes prisons, démolies pour la construction du tribunal, mitoyen avec l'hôtel de Valfons. Cet hôtel, rénové en 1980, possède, dans deux cours séparées par un corps de bâtiment, le reliquat du parement oriental en élévation de ce mur tardo-antique, observé pour l'occasion. C'est entre ces deux cours que la réfection de deux appartements a permis une étude de bâti complémentaire sur cette section du mur en 2009, puis en 2014.

L'enlèvement des enduits modernes a mis en valeur dix assises de blocs en grand appareil, très dégradés. Tous ces blocs, hormis un, sont en calcaire coquillier à grain moyen, évoquant le calcaire extrait dans la région de Beaucaire. La plupart portent des traces d'outils apparentes (trous de louve, trous de pince à crochet ou d'agrafes) qui n'ont pas lieu d'être en façade, montrant que ces blocs en calcaire coquillier sont des remplois provenant certainement d'un unique monument.

Ce pan de mur culmine à 51,23 m NGF (au-dessus du niveau moyen de la mer) et représente une hauteur d'un peu plus de 7 m pour la seule élévation constituée de 13 assises, et environ 8,15 m avec les deux assises de fondation, assez irrégulières en hauteur et en composants (blocs d'architecture divers, colonnes, chapiteaux mais aussi stèles funéraires), comme cela a été observé en 1975. L'altitude supérieure de la fondation correspond à peu près au niveau de circulation antique repéré au pied de l'amphithéâtre.

Ce pan de mur présente au moins deux assises supplémentaires par rapport au tronçon situé dans la cour septentrionale de l'hôtel de Valfons. Il faut noter qu'un lambeau de ce mur a également été dégagé en 2005, dans le prolongement de la rue de l'Aspic, au nord-ouest du tribunal, lors de la réfection du parvis des Arènes. Cette portion indique que le mur s'infléchit en direction de l'amphithéâtre et devait se prolonger jusqu'aux travées 5-7 du monument. La longueur du mur peut être estimée à environ 145 m, depuis l'amphithéâtre jusqu'au mur d'enceinte augustéen, où il devait se raccorder.

La datation de la construction de ce mur a pu être confirmée lors de l'étude. Dans un joint vertical entre deux blocs, un tesson de céramique d'un plat de D.S.P. (dérivée de sigillée paléochrétienne) a été trouvé au sein de l'emplectum (le liant de terre qui bouche les vides de la construction). Sa production est datée entre 430 et 480 apr. J.-C., montrant ainsi que le mur n'a pu être construit avant cette époque. Il est probable que ce mur très puissant, d'une hauteur imposante, dont la configuration semble suivre la forme courbe de l'amphithéâtre, soit le castrum des Arènes mentionné dans des chartes dès le IX^e siècle apr. J.-C., siège probable du pouvoir wisigothique établi à Nîmes pendant deux siècles et demi.

La construction du mur tardo-antique a nécessité une très grande quantité de blocs en grand appareil. Abstraction faite des deux à trois assises de fondation, qui comptent un nombre négligeable de blocs d'origine diverse, le mur est très homogène dans son élévation et semble l'être également sur toute sa longueur. La quantité de blocs en calcaire coquillier réemployés, en postulant que la construction reste constante, avoisinait probablement les 11 000 à 13 000 pièces, provenant certainement d'un unique monument de grande envergure aujourd'hui disparu.

Aucun édifice n'est connu à ce jour construit avec ce calcaire coquillier si spécifique, dont l'exploitation débute probablement vers le IIe siècle. Cependant, quelques indices — découverte d'un long segment d'un large mur, épaisse couche de sable rapporté — pourraient suggérer, au sud-est de l'amphithéâtre et hors les murs, la présence d'un grand monument. L'hypothèse d'un cirque a été avancée, construit en appareil mixte (murs internes en moellons et façades en grand appareil) sur le modèle de celui de Tarragone, et probablement à la même période que le cirque d'Arles. Opportunément, ce cirque aurait servi de carrière et aurait été démantelé pour la construction du castrum à la fin du V^e ou au début du VI^e siècle.