1978年，考古队员在对秦始皇帝陵周围区域进行系统考古勘探时，在封土西侧发现了一个精致的马头上的零饰件，后来经过详细的勘探，确认了这里存在一个陪葬坑，编号为3号陪葬坑，后来改为铜车马陪葬坑。陪葬坑的面积很大，有三千多平方米。1980年11月到12月，对其中的一部分区域进行了考古发掘，发现了两乘铜车马。
铜车马距离地面约七八米。随葬坑是一个长方形的竖穴土坑，底部有一个木椁，木椁内放置两乘铜马车。由于经历了2000多年的时代变迁，木椁全部腐烂，上层的填土全部塌压下来，将两乘铜车马压成碎片。
由于当时是隆冬季节，土层已经上冻，继续进行发掘会对遗址及铜车马本身造成一些损伤。考古队决定将两乘铜车马整体搬移到室内进行发掘整理。两辆马车连同底部的土层，被用钢板固定包装后转移到室内。
两辆马车碎成了大概3000多片，给修复工作带来了巨大的困难。“好在这个坑没有被盗扰。虽然被压成碎片，但是原来的位置没有发生变化，两乘铜马车的结构都保存了下来，这就为我们后期的修复工作创造了非常好的条件。”侯宁彬说道。经过八年时间，到1988年，两辆马车终于被完整复原出来。
首先清理的是2号铜车马，秦陵博物院专门成立了修复组。铜车马本身的铸造是一个很复杂的过程，《考工记》说：“一器而工聚焉者，车为多”，说明制作木质车马的复杂程度，而用青铜制作的铜车马在制作难度上较木车有过之而无不及。
在铜车马的制作过程中，当时的工匠运用了铸造、焊接、镶嵌、销接、活铰链接、子母扣链接、转轴连接等各种工艺技术。“我们当时在修复的过程中，不仅有考古学家参与，还有机械方面的专家、焊接方面的专家以及一些钳工、模具工等。”侯宁彬介绍到。
整个修复的过程也比较复杂。由于铜车马在地下埋了两千多年，很多地方都比较脆弱，一旦失误就可能对本体造成毁灭性的破坏。“我们的整个复原方案都是在充分征求各方面专家意见的基础上进行的。而且在修复过程中，还会对所用的材料或技术进行一些实验，直到达到要求，才会在本体上使用。”
从1982年开始对2号车进行修复，到1988年一号车修复完成，整个铜车马的发掘、修复、整理共经历了八年时间。
谈到修复中遇到的难题，侯宁彬提到，“最大的难题主要是两个方面，一个是矫形，一个是焊接。”矫形是最复杂的。因为铜车马全部被夯土压碎，很多零部件都变形了，修复过程中首要的工作，就是将这些零部件恢复原状。而且2000多年前中国的青铜铸造工艺不是非常发达，铸成的青铜器本身含有一些杂质，青铜器的柔韧性相对较差。
如果在矫形的过程中方法不当，或者是压力过大，就会造成新的损伤。“比如说一号车的伞盖，直径大概1.2米左右，碎成了一百多片，而且它的表面多数都是弧形的，薄厚也不均匀，从一毫米到四毫米不等，如果矫形的过程中用力不均匀，就会造成新的损伤。为此，我们专门研发了矫形机。通过持续的渐进式地施加压力，对一些碎片进行矫形。”
另一个难题是焊接。车轮车轴或者是车厢等起支撑作用的部位，如果用粘接的方式修复，会导致强度不够，必须用焊接的方式来解决。但是焊接又牵扯到另外一个问题：铜车马的表面有很多的彩绘，如果用高温熔炼式的焊接，高温会对彩绘及周围的区域造成新的损伤。修复组采用了铅焊这种中低温的焊接，不会对铜车马本体造成伤害。此外还采用了新的合金材料来做焊接材料，增加青铜器的强度和柔韧性。
现在把两乘铜马车叫做一号车、二号车，这是根据当时考古发掘现场的情况编制的。实际上一号车应该叫立车或高车，二号车叫安车或辒辌车。《晋书·舆服志》中有相关的记载。
所谓立车（高车），是驾驶人站着驾驶的一种车，是从过去的戎车，即作战用的车发展来的。安车（辒辌车）则是坐着驾驶的，带有两个车厢的车。前面有一个车厢是半封闭的，人坐在前面驾车。后边还有一个封闭的车厢，是车的主人坐的。
之所以叫辒辌车，是因为后面的车厢带有窗户，冬天天凉了可以把窗关上保温。夏天窗户打开，就可以通风。按照历史文献记载，这种车通常是身份比较高的贵族乘坐的。秦始皇在出巡的过程当中，实际上就是坐这种类型的车。
作为我国考古史上发现最早、体形最大、保存最完整的青铜马车，它的发现对研究我国秦代冶炼与青铜制造技术、车舆制度、车辆结构等具有重要的价值。铜车马以其完整的结构、准确的造型、细致的摹写和精心的制作，将秦代马车的形制、鞁具的构造、驾引方式等，形象具体地呈现在人们面前。
“过去我们只有历史文献资料，通过这些文字去解读了解整个马车的驾驭方式是比较艰难的，因为不够直观。秦始皇陵的铜车马出土之后，我们发现了实物资料，就能够清晰的了解这一时期的马车，车和马之间是怎么连接的，马是通过什么样的方式形成合力来拉车往前走的，驭手和马之间又是通过什么样的方式来指挥马前行的。”