小船渡の那珂川右岸段丘上に立地する全長46.5メートルの前方後円墳。前方部を北西方向に向けています。 昭和49年、栃木県史編さん事業の一環として発掘調査が実施されています。後円部の高さが前方部の高さよりも高く、前方部の前端があまり開かない形態から古式の古墳であると考え、調査が進められました。しかし、調査の結果、後円部、前方部の双方から横穴式石室が発見され、古墳時代後期の古墳であることが判明しました。 発見された横穴室石室は、いずれも側壁が河原石小口積み、奥壁が1から2枚の巨石を立てて構築されていました。平面形が若干異なり、後円部石室が羽子板状であるのに対し、前方部石室は側壁が幾分膨らむ「胴張り」という形態をとっていました。 それぞれの石室内からは、副葬品と思われる遺物が出土しています。後円部では調査以前に盗掘をうけていたらしく若干の鉄鏃が出土しただけですが、前方部は未盗掘であったらしく数々の遺物が出土しました。内反刀1、直刀2、鍔3、鞘尻金具1、刀子3、鉄環2、留金具3、その他多量の鉄鏃という鉄製品がほとんどでした。墳丘上には葺石も認められましたが、後円部のみで前方部では確認されていません。
また、平成元年には、二ツ室塚古墳のすぐ西側を抜ける道の改良工事が実施されるのに先立ち、教育委員会によって発掘調査が行われています。昭和49年の発掘調査では、古墳の周溝が明確に捉えられていませんでしたが、この調査によって前方部前端に周溝がめぐらされていたのが確認されました。幅6メートル、深さは最大で70センチメートルありました。さらに、古墳の西側のくびれ部付近も調査されましたが、後世に小鍛治を営むために古墳の一部が削られていますことがわかりました。その周辺からは、小鍛治を営んだと思われる建物跡や陶器の破片、鉄滓、古銭などが出土しています。
二ツ室塚古墳は、古墳からの出土遺物、石室の構造等から、6世紀後半から7世紀初頭にかけて築造された古墳と考えられています。なお、二ツ室塚古墳の後円部石室は、石積みが復元され現在でも見学できるようになっています。
