大同市文物保护单位至2012年4月已公布三批。大同市第三批市级文物保护单位公布于2011年10月24日。之前两批市级文物保护单位公布时间距今久远，部分入选的文物单位已经不复存在；1993年之前大同市不辖县，仅辖有相当于现在城区、矿区、南郊区和新荣区的地区，第三批市级文物保护单位才列入了各县境内的文物单位。第三批名单对文物单位进行了系统的编号，并包括了第三次全国文物普查工作的新成果。
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南吴家洼遗址位于山西省大同县瓜园乡南吴家洼村南约750米，现为第三批大同市文物保护单位。遗址发现于第三次全国文物普查间，遗址分布在吴家洼村南部河边东西宽150米、南北长140米、面积达21000平方米的范围内。遗址的地面散落着许多建筑构件、陶片、瓷片。文物工作者根据采集到的瓦片的形制，推测遗址在辽金时期建有大型建筑，结合的发现的陶瓷生活用品残片，断定此处在辽金时期是一处聚落。今大同市古为辽金西京，考古资料稀少，因此吴家洼遗址显得尤为珍贵。这也是大同首次发现辽金时代的聚落遗址。
米庄忠字牌坊位于山西省大同市云冈区口泉乡米庄村旧村中央，建于1967年，当地人称“主席台”。第三次全国文物普查后列入第三批大同市文物保护单位。
枪头岭冶银遗址位于山西省灵丘县柳科乡枪头岭村东，2011年10月24日公布为第三批大同市文物保护单位，2016年6月6日列入第五批山西省文物保护单位山西省文物保护单位。遗址是第三次全国文物普查期间三晋文化研究会灵丘分会发现的。遗址现存古矿洞、冶炼遗址等物。枪头岭村南、西南还各发现了一块记述开采冶炼银矿的石碑。灵丘县明清时冶金工业兴盛，枪头岭冶银遗址是证据之一。
榆林天主堂，或称榆林村天主教堂，是位于山西省大同市南郊区口泉乡榆林村内的一处哥特式建筑。清朝末年天主教由姻亲关系传入榆林村，1884年村里建起了一座简单的教堂。教堂在1890年义和团运动中被烧毁，教徒亦被杀。1909年，敖殿臣重建榆林天主堂。据载，1939年时榆林天主教堂还开办了养育院和榆林男初等小学校，有200名信徒。1941年美日开战后教堂荒废。1980年榆林村的天主教徒恢复在此活动。2011年，榆林天主堂列入第三批大同市文物保护单位。
天镇县文物保护单位，是根据《中华人民共和国文物保护法》的规定，由山西省天镇县人民政府公布的县级文物保护单位。1994年7月公布的天镇县文物保护单位中，玉皇阁已经入选2011年10月24日公布的第三批大同市文物保护单位。
大同城墙，位于中国山西省大同市平城区。大同城墙历史可追溯到北魏时期。现存的城墙建于明朝。1981年2月24日，公布为大同市文物保护单位。2016年6月6日，列入第五批山西省文物保护单位山西省文物保护单位。
四老沟铁桥，位于中华人民共和国南郊区口泉乡四老沟村东的小南沟，1939年由侵华日军修建，2011年10月24日列入第三批大同市文物保护单位。这座铁路桥平行于现今使用的大同站至王村的铁路，自东北走向西南，由文物普查者在2009年底发现。铁桥现距地面高5.2米，现存部分长31.4米，有3个钢筋混凝土桥墩，其断面呈椭圆形。桥上架有钢梁，铺有单轨铁路，日军当时利用此铁路外运煤炭。1949年后，这段铁路仍被用于煤炭运输。1960年后，这段铁路被废弃，但原结构基本保留了下来，被视为日军掠夺煤炭资源的罪证，具有文物价值。
佛字湾摩崖石刻，是位于中华人民共和国山西省大同市南郊区马军营乡小站村西1.7公里处、十里河北岸、通往云冈石窟景区的旅游公路北侧山崖上的一处摩崖石刻。石刻两米见方，为一阴刻的楷书“佛”字，朝向东南方向，笔法方正有力。石刻本来约高出地面5米，近年因加高公路路面，石刻变得低矮了些。1981年2月24日，佛字湾摩崖石刻入选第二批大同市文物保护单位名单。据考，佛字湾摩崖石刻为清代文物。也有说法称其为辽代所作。
王洼堡石桥是位于中华人民共和国山西省广灵县壶泉镇王洼堡村南的一座清代石桥。石桥建于清光绪二年，略有残损。石桥呈南北走向，长为14米，宽为4.1米、高为6.9米。桥跨度3.5米，仅一孔，洞高3.9米，桥洞上方各嵌一青石质匾，东西两侧分别刻有“巩固”、“奠安”，东侧为阳刻楷书。桥面铺石板。石桥的八字形防水墙保存良好。2009年，第三次全国文物普查中，大同市文物普查二队发现了这座石桥。2011年10月24日，王洼堡石桥登录为第三批大同市文物保护单位。
东水地城址位于大同市云州区许堡乡东水地村西约200米，为第三批大同市文物保护单位。城址建于战国时期，使用至汉朝。城为东西宽455米、南北长550米的长方形，东墙、西墙保存至今，南墙存有墙基，北墙遗失。东墙现存500米长、高3.3米、基宽10.5米的残体，西墙现存部分335米长。文物工作者在城址采集到了战国时期的绳纹陶片、陶豆柄，汉朝的绳纹、方格纹瓦片等文物。根据采集到的文物推测东水地城址最晚建于战国时期。有学者认为这印证了《史记》赵献侯十三年在今大同附近建平邑城的记载。
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