Ở ngọn đồi thấp hơn phía sau, đoàn cũng phát hiện dấu tích một tháp Chăm đổ nát, trong đó một phần thân tháp vẫn còn cùng với rất nhiều gạch Chăm. Đặc biệt có 2 trụ đá cao 2 m, mỗi mặt rộng 40 cm, khắc chữ Chăm trên 3 mặt, nhiều phiến đá bị vỡ có hình tượng thần của người Chăm.
Chùa Trấn Hải và tháp Chăm trên núi Linh Thái đã được nhắc tới trong sách Nam triều công nghiệp diễn chí của Nguyễn Khoa Chiêm. Năm Bính Ngọ (năm Cảnh Trị thứ 4, 1676) khi dạo chơi ở cửa Tư Dung, chúa Nguyễn Phúc Tần nhìn thấy trên đỉnh núi Linh Thái có một tháp Chăm đã hoang phế, người dân địa phương vẫn hương khói phụng thờ, chúa sai quan thủ bạ Trần Đình Ân dời ngọn tháp ra đồi phía sau, rồi xây dựng ngôi chùa thờ Phật trên đỉnh núi, đặt tên là Vinh Hòa.
Khi Tây Sơn chiếm được kinh thành Phú Xuân (1786), ngôi chùa bị san phẳng. Đến năm Minh Mạng thứ 17 (1836), nhà vua cho xây lại chùa, đặt tên Trấn Hải “để cho việc thờ Phật được trang nghiêm cùng với núi cao biển trong, bền vững lâu dài mãi mãi”.
