Στα τέλη του 6^ου αι. π.Χ. το ιερό επεκτάθηκε προς βορρά, διπλασιάζοντας έτσι την έκταση που κατείχε ο αρχαϊκός περίβολος. Ένας νέος ναός, ταυτιζόμενος με ναό του Τριπτολέμου, κτίστηκε στο μέσον του νέου περιβόλου, σε έκταση που μέχρι τότε καταλάμβαναν ιδιωτικές οικίες (Miles 1998, 28 σημ. 13, contra Travlos 1971, 198).

 

Ο ναός πατά σε θεμελίωση 11,065 × 17,813μ. και έχει προσανατολισμό βορρά-νότου, παράλληλα με τη φορά της Παναθηναϊκής οδού. Η νοτιοδυτική γωνία του ναού διαπερνούσε την ευθεία του αρχικού βορείου τοίχου του αρχαϊκού περιβόλου και εισχωρούσε στο τέμενος των Αρχαϊκών χρόνων. Σύμφωνα με την Miles (1998, 35) αυτό έγινε εσκεμμένα για να διαφυλαχθεί η συνέχεια του ιερού χώρου με το παλαιότερο τέμενος, καθώς ο ναός κτίστηκε επί των ερειπίων ιδιωτικών οικιών της Αρχαϊκής περιόδου. Αντίστοιχα, η επιλογή του άξονα βορρά-νότου (αντί του καθιερωμένου ανατολικού-δυτικού άξονα που κατά κανόνα ακολουθεί η ελληνική ναοδομία) δεν ήταν επιβεβλημένη από τη μορφολογία του εδάφους, αλλά ενδεχομένως έγινε εσκεμμένα, ίσως και λόγω της ευρύτερης χωροθεσίας του ιερού σε σχέση με την Αγορά και την Παναθηναϊκή οδό.

 

Τα θεμέλια του ναού είναι κτισμένα με γκρίζο πωρόλιθο καλής ποιότητος, κομμένο σε πολυγωνικούς δόμους. Μετά την ολοκλήρωση του θεμελίου, μία δεύτερη σειρά λίθων, από κοκκινωπό πωρόλιθο, προστέθηκε κατά μήκος της ανατολικής πλευράς του κτιρίου, αλλάζοντας έτσι τις αναλογίες του θεμελίου, και κατά συνέπεια του ναού. Λόγω της κατωφέρειας του εδάφους, στη νότια πλευρά η ευθυντηρία του κτιρίου εδράζεται εντός του σκαμμένου φυσικού βράχου, ενώ στη βόρεια χρειάζονται τουλάχιστον δέκα σειρές λίθων για να αποκατασταθεί η οριζόντια θέση της (βλ. Miles 1998, 14 εικ. 3). Αργότερα, τον 4^ο αι. π.Χ., ένας δεύτερος, ογκωδέστερος αναλημματικός τοίχος προστέθηκε βόρεια του ναού (Miles 1998, 38 και 14 εικ. 3).

 

Η διεύρυνση του θεμελίου υποδεικνύει ότι το σχέδιο του κτιρίου τροποποιήθηκε κατά τη διάρκεια της κατασκευής του. Το πλάτος του κτιρίου αυξήθηκε έτσι κατά 2,35μ. (επί συνολικού τελικού πλάτους: 11,05μ.). Το αρχικό θεμέλιο (8,71 × 17,813μ.) είναι σχεδιασμένο με αναλογία πλάτους / μήκους 1:2. Με την προσθήκη των 2,35μ. η αναλογία προσεγγίζει τον «Χρυσό Κανόνα» (1:√5/2), πρακτική αρκετά συχνή σε ναούς της Ελλάδας, της Σικελίας και της Κάτω Ιταλίας, ιδίως γύρω στη μετάβαση από τον 6^ο στον 5^ο αι. π.Χ. (Miles 1998, 38 και εικ. 6).

 

Ο ναός του Τριπτολέμου χρονολογείται στο δεύτερο τέταρτο του 5^ου αι. π.Χ., βάσει των εξής ανασκαφικών και άλλων δεδομένων:

·         την κατεδάφιση των οικιών που υπήρχαν στον χώρο προς τα τέλη του 6^ου αι. π.Χ.

·         την έναρξη κατασκευής της θεμελίωσης τη δεκαετία 500-490 π.Χ.

·         την τεχνοτροπική ανάλυση των σωζόμενων κεράμων της οροφής από νησιωτικό μάρμαρο, συμπεριλαμβανομένων και τεσσάρων ανθεμωτών ακροκεράμων (που είναι και τα μόνα σωζόμενα τμήματα της ανωδομής του ναού)

·         την ιστορική συγκυρία των Περσικών πολέμων και της καταστροφής της Αθήνας από τους Πέρσες το 480 π.Χ.

·         έμμεση επιγραφική μαρτυρία (Miles 1998 Κατ. Ι, 44), σύμφωνα με την οποία ο αρχιτέκτονας Κόροιβος, γνωστός και από τον Πλούταρχο ως ένας από τους αρχιτέκτονες του Τελεστηρίου της Ελευσίνος (Πλουτάρχου, Βίος Περικλέους 13.7), ενδεχομένως ανέλαβε και την ανέγερση του Ναού του Τριπτολέμου στο εν άστει Ελευσίνιον, αλλά και την ανοικοδόμηση του Ναού της Δήμητρος και της Κόρης στο ίδιο ιερό, που αναφέρεται από τον Παυσανία (1.14.1) και επιγραφικές μαρτυρίες (Miles 1998 Κατ. Ι, 35) αλλά παραμένει άγνωστος στην έρευνα (πιθανώς διότι βρισκόταν στο απρόσιτο σήμερα ανατολικό τμήμα του ιερού: βλ. Miles 1998, 43-43).

 

Αν και παλαιότερα κάποιοι μελετητές θεωρούσαν ότι ο ναός του Τριπτολέμου δεν είχε κιονοστοιχία, η τελευταία σχεδιαστική αποκατάστασή του, από την M. Miles και τον R.C. Anderson, τον προτείνει ως τετράστυλο αμφιπρόστυλο Ιωνικού ρυθμού (βάσει των αναλογιών της θεμελίωσης, της μαρμάρινης οροφής του, και παραλλήλων με άλλα ανάλογα ναόμορφα κτίρια της εποχής) χτισμένο εξ ολοκλήρου από μάρμαρο (Miles 1998, 43-48, εικ. 6-7).

 

Δύο αποσπάσματα του Παυσανία (1.14.1 & 1.14.3-4) αναφέρονται στο εν άστει Ελευσίνιο και στον Ναό του Τριπτολέμου. Από αυτά συνάγεται ότι «πάνω» (δηλ. νοτιανατολικά) από την «κρήνην» (ενν. η Εννεάκρουνος) υπήρχε: α) ναός Δήμητρος και Κόρης και β) ναός Τριπτολέμου. Τον πρώτο, στην «ενδοχώρα» του ιερού, ο περιηγητής δηλώνει ότι αδυνατεί να περιγράψει (του το απαγορεύει ένα «όραμα σε όνειρο», όψις ονείρατος). Αντίθετα, δηλώνει ότι θα στραφεί προς εκείνα τα μνημεία που είναι ανοικτά προς όλους, δηλαδή προς τον Ναό του Τριπτολέμου, μπροστά από τον οποίο «στέκει το άγαλμα του Τριπτολέμου, και έχει στηθεί χάλκινος ταύρος σαν να πηγαίνει προς θυσία, καθώς και ένα καθιστό άγαλμα του Κνωσίου Επιμενίδη».

 

Συνάγεται επομένως αφενός ότι ο ναός που έχει ανασκαφεί στο ιερό ανήκε στον Τριπτόλεμο και αφετέρου ότι το ιερό χωριζόταν σε «έσω» τμήμα κλειστό στους πολλούς (θαμμένο σήμερα κάτω από τη σύγχρονη πόλη), και ένα «έξω» τμήμα επισκέψιμο από όλους. Στο «έξω» περίβολο συγκεντρώνονταν όσοι επρόκειτο να μυηθούν στα μυστήρια, ενώ στον προστατευόμενο «έσω» περίβολο τελούνταν οι μυστικές τελετές (Miles 1998, 44 και 48-52).

 

Το άγαλμα του Τριπτολέμου που αναφέρει ο Παυσανίας (1.14.1,4) δεν έχει σωθεί. Πιθανολογείται όμως ότι απεικονίζεται σε Παναθηναϊκούς αμφορείς, όπου μάλιστα η απεικόνιση του Τριπτολέμου ήταν η δημοφιλέστερη μετά από αυτές της Νίκης και της Αθηνάς (κατά έναν μελετητή το συγκεκριμένο άγαλμα είχε επιλεγεί ως έμβλημα των αγώνων, με ψήφισμα της Βουλής, σε τρία διαφορετικά Παναθήναια). Καθώς το Ελευσίνιο βρισκόταν στη γραμμή του τερματισμού για το αγώνισμα της αποβασίας (αρματοδρομία με παράλληλες ακροβατικές ασκήσεις ένοπλων ανδρών που πηδούσαν από τα άρματα εν κινήσει) το άγαλμα του Τριπτολέμου, ορατό και από την Παναθηναϊκή οδό, φαίνεται ότι είχε συνδεθεί συνειρμικά με τους εορτασμούς των Παναθηναίων, όπως και άλλα γλυπτά της Αγοράς (π.χ. οι Τυραννοκτόνοι). Το άγαλμα που είδε ο Παυσανίας το 150 μ.Χ. πρέπει να είχε στηθεί πριν το 364 π.Χ. (όταν πρωτοεμφανίζεται στους σχετικούς αμφορείς), ενώ ίσως να υπάρχει και σε μία ακόμη προγενέστερη παράσταση από θραύσμα του 410-400 π.Χ. (Miles 1998, 52 και σημ. 44 και 46. Πβ. Eschbach 1986).

 

Το χάλκινο άγαλμα του ταύρου που αναφέρει ο Παυσανίας (1.14.4) πιθανώς αναφέρεται σε ψηφισματική επιγραφή του 440-420 π.Χ. από την Ελευσίνα, όπου ορίζεται ότι ο Τριπτόλεμος και άλλες θεότητες πρέπει να λάβουν ως θυσία έναν ταύρο με επίχρυσα κέρατα.

 

Το καθιστό άγαλμα που αναφέρει ο Παυσανίας στο ίδιο απόσπασμα (1.14.4) αποδίδει μία μυθική (ή για άλλους ιστορική) μορφή που αναφέρεται από τον Πλάτωνα και άλλους αρχαίους συγγραφείς: ο Επιμενίδης ήταν μάντης από την Κνωσό, που αποκοιμήθηκε σε μια σπηλιά για σαράντα χρόνια, και στη συνέχεια συνέγραψε ποίηση και εξάγνισε την Αθήνα μετά το Κυλώνιο άγος   

Βόρεια της βορειοδυτικής γωνίας του περιβόλου του 5^ου αι. π.Χ. έχουν εντοπιστεί αρχιτεκτονικά λείψανα, πιθανώς ενός άλλου ιερού, της Εκάτης ενδεχομένως, το οποίο ανιδρύθηκε στο σημείο αυτό τον 5^ο αι. π.Χ. και μεταφέρθηκε βορειότερα γύρω στα μέσα του 4^ου αι. π.Χ., όταν σχεδιάστηκε εκ νέου η Παναθηναϊκή οδός και μεταφέρθηκε ανατολικότερα.

 

Η είσοδος στο ιερό κατά τους κλασικούς χρόνους γινόταν από τα νότια, κοντά στη νοτιοδυτική γωνία του περιβόλου (βλ. Miles 1998, 58 εικ. 8). Στο σημείο αυτό, κατά το τρίτο τέταρτο του 4^ου αι. π.Χ. οικοδομήθηκε μικρό Πρόπυλο. Την ίδια περίπου περίοδο κατασκευάστηκε και δεύτερη είσοδος στο ιερό, επίσης κατά μήκος του νοτίου περιβόλου, 20μ. περίπου ανατολικά του Προπύλου, και πολύ κοντά στο όριο του σημερινού αρχαιολογικού χώρου.

 

Μεγάλος αριθμός αναθημάτων, κυρίως αγαλμάτων και επιγραφών, κόσμησαν τον υπαίθριο χώρο του ιερού από τον 5^ο αι. π.Χ. έως τον 2^ο αι. μ.Χ. (σύμφωνα με τα ανασκαφικά ευρήματα: βλ. Miles 1998, 64-68 και πίν. 2). Το πρωιμότερο σωζόμενο ανάθημα, μια βάση (πιθανότατα) για Ερμαϊκή στήλη (Miles 1998, 66 και Κατ. Ι,1) αναφέρει ένα πρόθυρον στον χώρο του ιερού, ενδεχομένως ένα εσωτερικό πρόπυλο μεταξύ του «έξω» και του «έσω» ιερού. Τα γλυπτά που αναφέρονται στις σωζόμενες ενεπίγραφες βάσεις, αλλά και τα σπαράγματα που έχουν σωθεί, προέρχονται από πορτραίτα ιερειών ή απεικονίσεις της Δήμητρας και της Κόρης. Σώζονται επίσης αναθηματικά ανάγλυφα προς τιμήν των δύο Ελευσινίων θεοτήτων, αλλά και του Τριπτολέμου, καθώς και της Εκάτης, του Ιάκχου, του Ευβουλέα και του Πλούτωνα. Έχουν βρεθεί επίσης θραύσματα τριάντα αναθηματικών επιγραφών, κυρίως τιμητικών.

 

Το 415/4 π.Χ., τις παραμονές της μοιραίας για την Αθήνα Σικελικής εκστρατείας, στην πόλη ξέσπασε ένα τεράστιας σημασίας θρησκευτικό σκάνδαλο με πολιτικές προεκτάσεις: οι κεφαλές των ερμαϊκών στηλών της πόλης βρέθηκαν ακρωτηριασμένες ένα βράδυ, και φήμες διαδόθηκαν ότι κατά τη διάρκεια συμποσίου οι συνδαιτυμόνες διακωμώδησαν τα Ελευσίνια μυστήρια. Οι κατηγορίες εκτοξεύθηκαν εναντίον του Αλκιβιάδη, ο οποίος τελικά καταδικάστηκε σε δήμευση της περιουσίας του (Θουκυδίδης 6.27-29, Πλουτάρχου, Αλκιβιάδου Βίος 22.4). Η οικοσκευή του Αλκιβιάδη και των συν-κατηγορουμένων του εκποιήθηκε, και τα έσοδα αναρτήθηκαν σε δέκα επιγραφές («αττικές στήλες») που ανιδρύθηκαν σε κοινή θέα, στο χώρο του Ελευσινίου (Πολυδεύκης 10.97), από όπου προέρχονται και 66 από τα 77 γνωστά σήμερα θραύσματα των στηλών αυτών (Miles 1998, 65-66).