这时的新生代研究室主任是魏敦瑞，前文已经提及，他虽然对周口店的发掘经费控制甚严，或可说是很吝啬，但对发掘进展情况也十分关切，每次到工地见到贾兰坡总要问有什么新发现没有。上半年的发掘临近结束时发现了远古北京人的几颗牙齿和三小块头骨碎片，人们又燃起了新的希望。秋季发掘开始时，环境变得很糟糕，一是魏敦瑞控制过于严格，经费紧张；二是失望和急躁情绪逐渐蔓延，尤其是魏敦瑞，更显得十分焦急，经常往周口店跑。秋季工作继续在第一地点中段进行，第一地点即现在所说和所见到的北京人遗址，这里堆积情况最好，而且含化石数量丰富，前面裴文中发现的两个头骨化石均得于此。工作开始，好的征兆便接连出现，包括一些有加工痕迹的石器，多种哺乳动物化石等等。10月22日，更在距裴文中1929年发现第一个完整头盖骨的地点之南约10米、高约6米处发现了一个女性的下颌骨，保存相当完整，过去从来没有发现过，引起了许多中外学者的关注。这件下颌骨的出土无疑十分重要，但更重要的是增加了贾兰坡的信心。从发现下颌骨的这一刻起，贾兰坡就没有离开过现场，他东西巡视，惟恐遗漏下哪怕一点蛛丝马迹。或许是他这种一丝不苟的敬业精神感动了上苍，幸运终于再次降临到这位年仅26岁的中国青年身上。
11月15日是一个星期日，纷纷扬扬的雪直至9时左右才逐渐停止。负责发掘近北侧洞壁处堆积的技工张海泉在一块比较松软的砂土中掘到一小块骨骼化石，正要随手放到面前收集化石的小荆条筐里，贾兰坡恰巧看到了，立即要他停手，抢上去拿过骨片细细端详，没错，正是一块属于人的头骨上的顶骨化石！现场一片欢腾。贾兰坡挑选了三位经验丰富的技工和他一起清理，又陆续发现了枕骨、眉骨、耳骨等大量碎片，确定是一个头骨化石无疑。也许冥冥中注定这一天要成为狂欢的日子，下午竟在同一地点，又发现了一个远古北京人的头骨化石！这时天色已晚，头骨只能在潮湿阴暗的洞中熬过北方寒冬的凄凉一夜了。凛冽的寒风却没有冷却人们的热情，这天夜里，贾兰坡和几位技工对先发现的头骨进行修复，当完整的头骨化石呈现在人们面前时，人们欢呼雀跃，紧紧拥抱在一起，毕竟，等待已经很漫长很漫长了。
贾兰坡连夜打电话通知北京。当魏敦瑞第二天清晨得知这个好消息后，用魏夫人的话说：“清晨当他听到贾打电话说周口店发现了北京人的头盖骨，马上精神就紧张起来，先是找不到裤子，找到之后又穿反啦！”喜悦之情溢于言表。魏敦瑞和卞美年飞快赶往周口店，贾兰坡从文件柜中取出头盖骨化石递给魏敦瑞，魏双手接了过去，但两手不住发抖，又不得不放在桌上，口中连喊：“哈，好极！好极！”
第二个头盖骨取出后，经修复，由贾兰坡携带返回北京交给魏敦瑞，魏敦瑞这时正筹划召开记者招待会，向全世界报道这一次的重大发现，贾兰坡——这位功绩卓著的发现者没有居功自傲，在会议召开之前又匆匆返回了周口店。记者招待会召开以后，中外许多报纸都刊登了这个消息，再一次在学术界引起轰动。
就在会后的第三天，贾兰坡又在周口店发现了第三个头骨化石，而且这个头盖骨保存相当好，没有破碎，很快就修理完毕，并连夜由贾送回北京。不久以后，1936年的发掘工作结束了。这一年的发掘获得了丰收，虽然达不到1929年发现第一个头盖骨化石的轰动，但出土头盖骨的数量和质量均超过前者。贾兰坡终于用他的认真态度和忍受孤独的能力，奠定了他在古老的“北京人”化石发现史上的地位。
1937年在前年的基础上，应该是遗址发掘的黄金时期，但7月7日日本帝国主义发动了全面侵华战争，战火很快波及到周口店地区，7月9日，发掘工作被迫停止。孰料想，这一停就是12年，直到1949年新中国成立后，周口店的发掘工作始告恢复。
北京沦陷后，周口店也丧于敌手。不但发掘工作无法进行，研究工作亦无法开展。当时周口店遗址所出土化石（包括“北京人”头骨化石）存放在北京协和医学院，由于美国当时还是中立国，协和医学院可算安全之所。战争爆发后，除留守工地的工人（最初尚有20多人，后陆续撤离，最后只剩下赵万华、董仲元、萧元昌3人。因龙骨山办事处曾住过抗日便衣队，3人曾为便衣队做过饭，被日伪以“抗日便衣队”的名义抓走，不久被害），其余人撤到北京，坚持对化石进行清理和修复。但好景不长，随着战争的扩大和局势的复杂化，所有工作被迫终止，而且人们逐渐对远古北京猿人化石的保存心怀忧虑。在战火中使化石得以保全，使重返人世的北京人免遭劫难，成为当时最最重要的事情。
北京猿人化石神秘失踪
1941年，日美关系逐渐紧张起来。在这种情况下，存放在美国人开设的北京协和医学院里的远古北京猿人化石就失去了安全保障。为了保证这些珍贵的国家文物不受损坏，中国地质调查所所长翁文灏协同北京协和医学院行政委员会负责人胡恒德商谈妥善的办法。当时可供选择的方法有三：一是把化石留在北京，找一个妥善的秘密收藏处；二是运往重庆，当时抗战的大后方，那里战火不会波及；三是送往美国，待战争结束时运回北京。这三种方案由于各有利弊，因此难以作出最后决断。最终认可了第三种方案，但由于与当初发掘时签订协议中“人类化石一律不能运出中国”这一点相悖，因此迟迟没有执行。行动迟缓的代价是沉重的，时隔50年后，人们很难将这个责任归咎于某一个人，而只能归罪于战争。但是，站在局外的人们明白，如果行动方案被迅速采纳，如果行动方案被立刻实施，发生在“北京猿人”身上的悲剧应该是完全能够避免的呀！事实上，由于当时魏敦瑞赴美，接任的裴文中显得人微言轻，加上战争使联络变得异常困难，宝贵的时间最后白白流失了。
直至时局吃紧，在魏敦瑞走后的两三个月，裴文中告诉魏敦瑞的助手胡承志，说“北京猿人”化石准备全部装箱运走。胡承志应承之后，问何时装箱，裴说等消息吧。结果又过了两三个月，息式白（魏敦瑞的女秘书）又告诉胡承志，标本要尽快装箱运走。胡去请示新生代研究室主任裴文中，裴让他立即装箱，然后移交给北京协和医学院总务长博文，由他送到美国驻华使馆，然后启程运往美国。胡承志立即着手找了个助手，开始把“北京猿人”化石装箱。据胡后来的回忆，装箱很是仔细，化石均经多层包裹，以防颠簸损坏，在化石盛装盒的外面则注明化石名称及所属部位。所有的化石（包括珍贵的5个头骨）共装了一大一小两个木箱，装好封闭后，接着被送往博文的办公室。装箱时详细地开列了清单，贾兰坡手上保留着一份副本。1951年第三期《文物参考资料》上刊发了贾兰坡的一篇文章，其中就有这份珍贵的清单。这里把它抄录下来。不是妄想为寻找化石的下落提供什么线索，而是让人们知道，这是一笔多么宝贵的财富，同时也是对发掘者的功绩表示一点纪念吧。其中一只箱子里装有：
第一大盒：北京猿人的牙齿（分装74小盒）
北京猿人的牙齿（分装15小盒）
北京猿人的残破股骨9件
北京猿人的残破上臂骨2件
北京猿人的上颌骨2件
北京猿人的上颌骨1件（发现于山顶洞底部）
北京猿人的锁骨1件
北京猿人的腕骨1件
北京猿人的鼻骨1件
北京猿人的腭骨1件
北京猿人的第一节脊椎骨
北京猿人的头骨碎片15件
北京猿人头骨碎片1盒（属于“L”地的头骨Ⅰ及Ⅱ足趾骨两盒猩猩牙齿化石3小盒）
北京猿人的残下颌骨13件
第二盒：北京猿人头盖骨
第三盒：北京猿人头盖骨
第四盒：北京猿人头盖骨
第五盒：北京猿人头盖骨（1929年从“E地”发现）
第六盒；山顶洞人女性头骨
第七盒：山顶洞人女性头骨
另外一只箱子装有以下标本：
北京猿人头骨，从“D”地发现山顶洞人头骨（男性老人）
猕猴头骨化石2件
猕猴下颌骨化石5件
猕猴头骨化石残片1小盒
山顶洞人下颌骨4件
山顶洞人脊椎骨1大盒
山顶洞人盆骨7件
山顶洞人肩胛骨3件
山顶洞人膝盖骨3件
山顶洞人头骨残块3件
山顶洞人跗骨6件
山顶洞人骶骨2件
山顶洞人牙齿1玻璃管
山顶洞人下颌骨残块3件
浏览清单不难看出，这些几乎是抗战前周口店发掘所得的全部精华。其中包括裴文中、贾兰坡首先发现、费尽心血的五个北京猿人头骨化石和“山顶洞人”的全部资料，而且仅北京猿人下颌骨就有13件之多。这两只木箱在11月底被送到美国大使馆，准备由美国海军陆战队将它们携至纽约美国自然历史博物馆，交给在那里工作的魏敦瑞暂时寄存，等待战争结束时再还给中国。然而宝贵的时间已经失去了，重返人间的“北京人”化石注定要遭受劫难。就在火车启运后的第三天，日本舰队偷袭美国军港珍珠港，太平洋战争爆发，美国对日宣战。日军迅速占领了美国在华设立的各种机构，协和医学院也未能幸免，连那列载有远古北京猿人化石的列车，也在秦皇岛被日军截获，北京猿人化石在战乱中悄悄出世不久，竟然又在硝烟弥漫的年代里神秘地失踪了！
北京猿人化石失踪的消息传出以后，不仅国人震惊，世人瞩目，而且其珍贵价值也令许多人垂涎。在这种背景下，许多国家竞相搜寻，有关北京猿人化石的消息和传言也时时见诸报端，但大多荒诞不经，反而增添了北京猿人化石的神秘，使北京猿人化石的下落变得更加扑朔迷离。在进行搜寻的国家中，日本是运载专列的截获者，得到有关北京猿人化石的消息后，最早进行了查找。日军占领协和医学院后，当初只重视在军医工作上的价值，后来才认识到北京猿人化石的重要性，参与查找的既有学者，有军人，还有特务，结果是据说北京猿人化石在天津找到了。日本人找到过去新生代研究室的女秘书息式白去天津辨认，但息式白刚下火车就被告知，消息有误，找到的东西与北京猿人化石无关。从此，日本人闭口不提北京猿人化石的下落，搜寻工作也终止了，日本人的找寻就这样不了了之。
此后，对远古北京猿人化石的寻找工作始终没有停止，世界各国报刊经常有关于何地发现失踪的“北京猿人”的报道，这些虽引起关切北京猿人化石下落的人们的注意，但是传言一一被否定，北京猿人化石仍然下落不明。直至20世纪80年代以后，寻找北京猿人化石的热潮才慢慢平息下来，但有关北京猿人化石的种种猜测和传闻，却依然久盛不衰，至今仍引起人们浓厚的兴趣。