龙骨，顾名思义，就是指龙这种动物的骨骼。在我国，龙的各种传说起源很早，可以追溯到新石器时代，其最初的形体与蛇极其相似，二者之间应该有一定的渊源。后来，龙被一步步神化，以至成为中国古代封建帝王的象征。那么，龙究竟是什么样子的呢？古代史书中常有龙现于某地的记载，宋人罗愿撰《尔雅翼》记述龙“角似鹿、头似驼、眼似兔、项似蛇、腹似蜃、掌似虎、耳似牛”。实际上，人们在各种各样的古代遗物中看到的龙的形象并不相同，尤其在不同的时代更有明显的差别，证明龙的形象是杜撰出来的，真正的龙不只是我们，恐怕连好龙的叶公也没有亲眼见过。既然龙是虚构的，那龙骨又从何而来呢？在我国，约公元前5世纪成书的《山海经》中就有关于龙骨的记载。在此后的一段时间里，龙骨被看作与蛇蜕相似的龙蜕。直至公元11世纪，宋人苏颂的《图经本草》中，才明确指出龙骨并不是龙蜕，而是龙死后的遗体的骨、角、齿等坚硬的部分。唐人颜真卿、宋人沈括在各自著作中分别提及了龙骨与化石的关系，认为龙骨并非龙的骨头，而是一种未知的古代生物化石。在此后腐朽的明清封建王朝的统治下，科学探索和研究遭到压制，中国人对龙骨的认识水平停滞不前。直到19世纪中叶以后，龙骨就是远古生物化石的认识才作为现代科学的一部分由西欧传入中国，或由西欧经日本传入中国。在这之前，中国人一直把龙骨作为一味中药使用，愚昧的村民偶尔从土中掘到后，将其全部砸碎再卖给药材铺牟利，无数珍贵的古生物化石就这样被研为粉末，倒入病者口中，进入病者的肠腹，最后重新回归泥土。这对中国最初形成的古生物学真是一个莫大的讽刺。
直到西方现代科学传入以后，人们才认识到，龙骨并非龙的骨头，而是远古时期的脊椎动物化石，尤以哺乳动物骨骼化石最多，有鹿、马、羊、象、犀、牛等各种动物。正如旧中国许多重大考古发现一样，龙骨的秘密也是西方人最早发现的。当时，欧洲大陆上的德国发现了尼安德特人，亚洲的爪哇岛上发现了爪哇人，但众多学者对此议论纷纷，有的支持，有的反对，谁也说服不了对方。这时期，一位德国医生来到中国北京行医，他叫哈贝尔，他虽然对古脊椎动物学并无研究，但是北京中药铺里的龙骨还是引起了他的兴趣。他知道这些是古生物化石，而且有着重要的学术意义，于是陆陆续续买了许多。后来，义和团来了，八国联军来了，北京城里一片混乱。哈贝尔医生无事可做，就收拾行李回国了，他的行李中就有一箱龙骨。回到德国后，他把龙骨送给了德国著名古脊椎动物学家施洛塞尔教授。这位教授仔细研究后，竟从中找到一颗远古人类的牙齿！在当时的背景下这个发现太重大了！它无疑为古人类的最早出现提供了新的证据。为了慎重起见，施洛塞尔教授最终说它是类人猿的牙齿化石。从此以后，中国的龙骨成为施洛塞尔教授魂牵梦萦的东西，他无时无刻不在向往能够到中国，到北京去，亲自揭开这个秘密，为已发现的古人类化石提供完美无缺的证据。可德中相距遥远，加上战乱频仍，这项计划一时难以实施，但它为日后的工作提供了极其重要的契机。远古的北京猿人在经过几十万年的沉睡之后，开始向我们一步步走近了！
龙骨被认识，特别是类人猿的牙齿被发现之后，因为系中药铺中购得，一时难以确定产地。因为华北盛产龙骨，它的发现地又在北京，故化石产自华北是可以肯定的。但是究竟产于华北地区的何地呢？的确又费人思量。一些国外古生物学家思考之余，开始注意寻找北京龙骨的出土地。
1914年，瑞典地质学家安特生接受当时的中国政府聘请，来华担任矿政顾问，协助开展煤田及其他矿产的调查工作。但是这位先生并没有为中国找到多少矿藏，却整年整月地东奔西跑，热衷于调查古代文化遗址，发现史前动物及人类遗迹，更是念念不忘北京发现的龙骨。他始终相信施洛塞尔教授的鉴定，深知弄清龙骨产地的重要性。为此，他几乎使出了浑身解数。他给在华的外国人写信，要求提供龙骨出土线索；他甚至招募了一批技工，授以简单的化石知识之后，让他们分赴河南、甘肃、山西等地寻找化石。他通过这种方法得到了大量的化石，并把化石通通运往瑞典，交给维曼教授研究，但化石中却没有发现类似人类的骨骼化石。安特生仍不死心，东寻西找，企冀发现一些有价值的线索，找到那魂牵梦系的特殊龙骨！
命运之神最终眷顾了这位不懈追寻的人。一次偶然的机会，安特生巧遇了化学家格雷戈·吉布，这位化学家拿出了一些龙骨碎片给他看，并告诉他这是从北京西南的一个小山村附近的山上采集的，那座小山叫鸡骨山，那个小山村就叫周口店。这件事情给安特生以极大的鼓励，时隔不久，他特意到周口店鸡骨山进行了为期两天的考察，使用的交通工具则是驴子。鸡骨山在周口店村西南，是一座石灰岩构成的小山，化石就发现于山上一种深红色砂质泥土里。安特生采集到一些动物化石，但个体都较小，也没有更大的意义。北京人化石究竟在何处呢？安特生苦苦思索着离开了周口店。他却料想不到，北京猿人化石就在不远处向他微笑，等待他的到来，但驴蹄声得得远去，夜色迅速笼罩了小山村，北京人化石重新开始了漫长的等待。这时，安特生派出的技工在河南发现了很多三趾马化石，这在很大程度上吸引了他的注意力。直到三年之后，奥地利古生物学家师丹斯基来中国配合安特生工作，安特生才重新安排他到周口店发掘鸡骨山，体验一下中国的农村生活，为日后开展工作打下基础。就在他们发掘鸡骨山的时候，当地一位农民好奇地看着他们刨刨挖挖，当得知他们寻找的是龙骨时，就不屑地说：“在这里待下去没有什么用，离这里不远有一个去处，你们可以在那里采集到更大更好的龙骨。”在这位农民的指引下，安特生一行终于来到了龙骨山下，初步的搜索发现了许多大型哺乳动物的骨骼化石，证明农民所言不虚，这个地点较之鸡骨山显然更有价值。因天色渐晚，人们满怀希望地返回驻地，期待明天的发掘会有更大的收获。但是人们万万没有想到，他们已涉足古老北京人的圣地，他们日后的伟大发现将要名扬世界！而这一切，都与周口店这个名字密切相关。
现在的周口店，早已是蜚声中外的旅游胜地。纷至沓来到北京旅行的游客，除了到故宫、颐和园和长城等风景名胜区观光外，大多数人还要到周口店，参观人类祖先生活居住的圣地，抒发一下怀古念祖之情。因此，随便打开一张北京市地图或者游览图，你会很容易发现周口店这个名字，北京城内也有舒适的旅行车可以直达，交通十分便利。但是，在70多年前，安特生等人进行考察和发掘时，周口店还是一个无名的小山村，而且僻居北京的西南边隅，交通十分不便，环境闭塞，周口店村的居民仍然过着田园牧歌式的生活。
周口店村落不大，它的东南是一望无垠的华北平原，地势平坦，西面和北面耸立着一座座石灰岩小山，正好处于平原和山区相接的地带。小山包括鸡骨山、龙骨山等，海拔都比较低，但它们的形成年代非常古老，分布有距今4亿多年的奥陶纪石灰岩层。周口店西面，龙骨山以东，有一条从北面山谷中汇流而出的坝儿河，小河弯弯向南流，汇入琉璃河中。坝儿河有季节河的特征，夏季雨水充足时水量很大，激流常常把巨大的砾石冲到很远的地方。这个地区石灰岩分布较广，厚度也大，石灰岩被酸性的水腐蚀，很容易形成裂隙、洞穴，这为远古哺乳动物化石的形成和堆积提供了有利条件，而且大大小小的洞穴地势不高，其前面又是一望无际的平原和蜿蜒流淌的坝儿河，十分适宜远古人类在此繁衍生息。
周口店附近山中除了石灰岩，还有丰富的煤层和大理石、花岗岩等。在很久以前，世代生长于斯的周口店村民就认识到了这处宝藏，开始开采矿石。至迟在宋代，就有人在此开设石灰窑，烧制石灰。至今，烧制石灰、采煤以及开采建筑石材仍是周口店附近居民的主要行业。常年的开采，虽然发现了一些龙骨，并大多被卖往药铺，对这些化石出土地造成了破坏，但是村民以采石为目的，常将裂隙两侧的石灰岩尽数采尽，却将含有化石的堆积物视为无用之物而留存下来，因此直至安特生等人在此开展工作之前，这些宝贵的堆积物大部分完好无损地保存着。
师丹斯基在当地农民引导下到达的化石地点就是在这样一个被放弃的采石场内，在日后的发掘中，发现并采集了猪、肿骨鹿、犀牛、鬣狗、熊等动物的遗骨化石，安特生还在堆积中发现一些有刃的脉石英碎片，推测是远古人类曾经使用过的工具，然而，发掘结束时，并没有发现人类遗骨化石。师丹斯基也于1924年返回奥地利，着手研究从周口店运去的化石标本。安特生再一次陷入困惑之中，远古的北京人距离他有多远？他已无暇思索了。1926年10月，瑞典皇太子将访问中国，这位后来的瑞典国王学识渊博，又是著名的考古学家和文物鉴赏收藏家，对考古活动有着浓厚的兴趣，安特生在中国进行的考古调查，包括周口店的化石发掘工作，亦是由皇太子提供的赞助。他要求安特生在北京与他会面，协助安排一些参观活动。安特生很想凭借这一契机，扩大周口店发掘的规模，寻找他梦牵已久的远古北京人。
就在这时，师丹斯基在他的工作室中整理化石标本时，竟然从中找到了一颗人类牙齿化石。其实早在1921年周口店发掘时，师丹斯基已经发现了一颗很像人类的牙齿化石的东西，但由于这颗牙齿磨损严重，很难准确判断，加之事关重大，他只得把它当做类人猿的牙齿化石，并在后来出版的报告中只字未提！而这颗新发现的牙齿化石磨损很轻，保存比较好，鉴定起来要容易多了。但师丹斯基仍然心存疑问，确定这是一颗人类牙齿化石后，又在后面打上了一个问号。即使如此，远在北京的安特生还是兴奋不已，他积极筹措经费，争取更多机构的支持，同时，加拿大古生物学家步达生的加盟也让他信心大增。步达生赞成中亚是人类发祥地的学说，认为中亚是寻找人类祖先最有希望的地方。他原打算到中亚，特别是新疆一带进行科学考察，并且已经得到瑞典科学研究委员会和美国洛克菲勒基金会的赞助，师丹斯基的发现，使他迅速忘却了中亚，开始把注意力集中到北京，集中到周口店。这里既然存在远古人类的牙齿化石，为什么不能发现更多的远古人类遗骸化石呢？从师丹斯基的发现这一刻起，周口店最终成为世界注目的焦点，无数重大的发现就要在他们手下诞生了，神秘的北京人化石经历千呼万唤，终于从远古的洞穴中慢慢走出，距离这个世界越来越近了。
虽然距离北京人化石只有一步之遥，但考古工作者毕竟不同于寻常的探宝人。探宝人以掘取宝藏为唯一目的，而考古工作者不仅要得到宝藏，还要收集许多与宝藏相关的信息资料，以进行科学研究。因而周口店的发掘工作进行得周密而细致。
步达生在迅速转移工作重点以后，以极大的热情投入到周口店的发掘工作中来。他四处奔波，先是向当时北京协和医学院行政委员会负责人胡恒德汇报，请求由洛克菲勒基金会出资赞助周口店的发掘，建立研究体质人类学的研究机构，然后又同当时中国地质调查所所长翁文灏协商，讨论进行发掘的具体步骤。翁文灏（1889～1971年）是我国现代地质学的奠基人之一，曾去比利时留学，他对周口店的发掘工作给予了大力支持，也正是在步达生和他的努力下，洛克菲勒基金会最终同意为周口店发掘提供经费。二人欣喜之余，开始了发掘前的各项筹备工作。包括签署双方认可的发掘协议，派汽车去周口店探路，以便为日后发掘提供各类物资。这一切进行得都相当顺利，协议也很快签署，协议中规定由中国地质调查所与北京协和医学院合作研究华北第三纪和第四纪堆积物，经费由洛克菲勒基金会提供。发掘由安特生负责，步达生主持工作，一切采集到的古生物标本可以保存在协和医学院中进行研究，但归中国地质调查所所有，一切化石标本不得运出中国。作为中方的代表，翁文灏在一些原则问题上立场坚定，维护了国家的主权，这在当时的历史条件下，诚属难能可贵！今天人们从当时遗留下来的信件看，最初双方存在着较大分歧，尤其在权属方面争议更甚，但最后形成的协议中，对化石的归属作了明确的规定，这正是翁文源不懈努力的结果。协议达成以后，双方协商成立了周口店工作队，队员有李捷、步林、刘德霖、谢仁甫4人。其中，步林是瑞典古生物学家，李捷是中国地质调查所的地质学家，是周口店工地的负责人。刘德霖和谢仁甫则担任野外发掘的技术助理和室内化石修复工作。
1927年3月，周口店的野外工作正式拉开序幕。李捷带领一名工人对周口店遗址进行了测量绘图工作，为正式发掘工作提供依据。经过大约一个月的辛苦工作，绘图任务完成，李捷返回北京汇报，留下两名工人看守工地。
1927年4月14日，在步达生的统一安排下，刘德霖、谢仁甫乘火车去周口店工地。次日，李捷和步林乘汽车前往。4月16日，周口店发掘工作正式开始。当时在工地上，人们虽然都怀着热望，满怀激情地工作着，但场面依然十分冷清。在远离北京百里之外的周口店遗址，这些人的刨刨挖挖，并没有引起世人的多少关注，甚至周口店的村民也不感兴趣。耐住寂寞的这些人不辞辛苦，他们住在一所名叫“刘珍店”的小骆驼店里，小店只有九间土顶土墙的小小房子，就在坝儿河右岸，与北京人遗址近在咫尺，伙食条件很差。由于交通闭塞，这里购买日常所需也有困难，有时不得不从北京城里运送所需的物资。就是在这种困难的条件下，发掘工作仍然没有间断，这些考古学家的敬业精神确实令人感动。
周口店北京人遗址在龙骨山上，在安特生的记录里被称为“第五十三地点”，李捷和步林进行发掘时改称“第一号洞”，后来德日进和杨钟健在1929年发表的报告里称它为“周口店第一地点”，这个名称沿用至今。这个地点的堆积不但情况复杂，而且堆积层相当厚。工作之初，步达生曾估计野外工作至多需要两个月甚至更短的时间，他草拟了一个工作计划，翁文灏略略补充后交给步林。但是随着工作的开展，人们逐渐意识到，仅有几个月的时间是远远不够的。事实上，周口店遗址的发掘一直持续到抗日战争爆发，由于战乱才被迫停止。到新中国成立后，发掘工作又得以继续进行。由此可见，周口店这块远古人类的圣地上，埋藏着多么丰富的宝藏。
1927年的工作共进行了6个月，收获颇丰。不仅采集到各种远古动物化石500余箱，而且又找到一颗完美无缺的人牙化石，再一次证明师丹斯基所发现牙齿化石的可靠性。贾兰坡、黄慰文合著的《周口店发掘记》中摘录了一封步达生写给在瑞典的安特生的信：“我们终于得到了一颗漂亮的人牙！”“这确实是一个令人振奋的消息！”“步林是一位优秀而热心的工作者，他在地方上不安宁的环境下，不顾战乱，坚持考察工作。10月10日翁博士考虑到地方打仗，曾从大连发来急电，督促我把步林和李捷叫回来。但是，我在这里详细地打听之后，觉得还不必这样做。于是，我写信给步林，讲明当前的局势，告诉他说，不管是他还是李捷，我希望他们都不可去冒什么风险。不过，因为他们了解当地情况，所以对于什么时候撤回北京，完全应该由他们自己作出判断。”“他们那里有60人，所以每天开销颇大。我因委员会的日常工作缠身，未能亲身下去。谢仁甫亦因地方打仗不能去到周口店。10月19日晚，当我于6点30分开完会回到办公室时，发现步林在那里。他身穿野外服装，风尘仆仆，但脸上却挂着幸福的笑容。他不顾战乱而完成了这个季度的野外工作，在10月16日发现了那颗牙齿。真是交了好运，终于从堆积物里挖到这颗人牙。我太兴奋、太惬心了！”从信中不难看出，当时人们发现远古人类的牙齿化石时的喜悦之情，也可以看到，当时正是军阀混战时期，环境很不安定，这给周口店的发掘工作增添了很大的困难。冬去春来，1928年的春天又一次降临周口店，发掘工作仍旧在4月份开始。就在这一年，李捷离开了周口店。刘德霖则参加了一个中亚考察团。工地上除步林外，又补充了两位中国人，一位是杨钟健，北京大学地质系毕业生，曾去德国学习古脊椎动物学，师从施洛塞尔教授，1928年春学成回国。还有一位是裴文中，刚从北京大学地质系毕业的大学生，年龄仅有24岁，开始时负责管理账目，也参加发掘。他在发掘方面表现出的天赋和认真态度，深受步林赏识。工作开展不久，战火波及到周口店地区，为确保安全，工作队撤离，一直呆到8月份，留守工地的工人到北京报告说事态基本平息了，才重返工地。但这样一来，原定的发掘计划被打乱，为完成既定目标，步林和裴文中坚持工作到11月底，大雪封山后才回到北京。这一年的工作虽然被打乱，但收获却比以往都要好，竟然发现了两件远古人类的下颌骨化石，其中一件上面还有三颗完整的臼齿。这个发现太重要了！它不仅为早在牙齿化石发现时已经提出的“中国猿人北京种”提供了更有力的证据，而且它使安特生、步达生等人看到了一线曙光，收获愈来愈丰富，人类遗骨化石发现也逐渐增加，谁敢肯定下面的地层没有更完整、更好的远古人类遗骨化石呢？言谈及此，当时的人们都非常兴奋，无不渴望尽快发掘，以发现更多的化石宝藏。这个冬天于是显得格外漫长，光秃秃的田野或者一望无际的白色雪原使得人们心烦意乱，但当时人们没有注意到，就在周口店遗址的雪野之上，远古的北京人，中华民族的祖先，已经再次对他的后世子孙微笑了。自然，这微笑无声无息，远没有肆虐的寒风和飘扬的雪花那样喧闹不已，但他的微笑那样地慈祥柔和，意味深长，以致于80年后的今天，当人们回想起北京人头骨化石重现的情景，仍然禁不住掩卷沉思，倏忽激动难抑，热泪盈眶。
下颌骨化石的出土，使远古北京人的化石材料大大丰富了，但仅依靠下颌骨复原远古北京人头像几乎是不可能的，远古北京人仍然与人们存在着一定的距离。何况周口店遗址随着工作的开展，发现其堆积之厚，包含物之丰富，都远远超出人们的想象。在这种情况下，谁也不想半途而废，步达生在国外积极活动，为发掘经费奔波。1929年4月，周口店遗址的发掘如期开工了。在这一年，步林终于抵抗不住西北科学考察团的诱惑，辞掉了周口店的职务，而去年刚刚参加工作的杨钟健博士又最终决定同法国古生物学家德日进去山西等地调查新生代地质，也在开工不久后离开了周口店。就这样，经翁文灏和步达生协商，决定把周口店工地全权交给裴文中负责，那时，裴文中刚满25岁！
1929年还发生了一件足以载入我国古人类研究史册的大事，这就是“中国地质调查所新生代研究室”的成立，由步达生担任名誉主任。这个研究机构的成立，对当时周口店遗址的发掘具有十分重要的指导意义，同时，它开中国研究古人类学的先河，对人才的培养和储备具有重要的作用。正是在它的基础上，新中国成立了以古人类学为研究对象的专门机构———古脊椎动物与古人类研究所，解放后在全国范围内开展的各项旧石器时代考古活动都与它密切相关。在这个研究机构的领导下，周口店的发掘工作在以后相当长的时间里得以顺利进行，再没有发生人才方面的困难，发掘所得的化石资料亦无须再运往国外，在研究室即可进行细致的研究。就在1929年，裴文中继续进行发掘工作时，德日进和杨钟健以新生代研究室为依托，对1927年以来系统发掘的材料进行了深入研究，并在12月出版的《中国地质学会志》第七卷第三期上发表了题为《周口店洞穴层》的学术论文，对前一段的工作进行了总结，详细介绍了周口店遗址发掘时各方面的情况，并将北京人遗址包含有化石的堆积物进行了分层，共分为10层，根据出土的动物化石确定堆积物的时代属于更新世，这为后来的周口店遗址研究乃至整个华北的第四纪地质学的研究奠定了基础。此时的裴文中，在周口店发掘工地上却正感到空前的失落。他在后来发表的《周口店洞穴层采掘记》中这样写道：“步达生、德日进和杨钟健指示完华走后，山中顿觉岑寂，而过起孤独的生活。山中工作，遇到第五层，非常坚硬，我们怎样崩炸，都不见效，因之觉得山中工作颇有‘鸡肋’之感。”实际上，这个称为“鸡肋”的堆积层是碳酸钙渗入胶结的结果，而并非是堆积层底部，如同“食之无味，弃之可惜”的“鸡肋”。就是在难熬的孤独之中，坚硬难啃的第五层终于清理掉，下面暴露出的不是岩石，而是新的堆积物！裴文中大喜过望，又全身心地投入到清理工作中，他不曾料到，震惊世界的发现就要在他手下诞生了。
这一年的秋季工作开始后，发掘的部分渐渐缩小，后来变得仅能容下几个人进行发掘，裴文中推测这应该快到洞穴底部了，但就在这狭窄的底部，突然又出现了向南延伸的一块空隙，这块小小的空隙后来被称为“猿人洞”，就在这块空隙的下层，发现了第一个完整的远古北京人头盖骨化石！
发现这个北京人头盖骨化石的过程也非常艰辛。因为空隙狭窄，清理不久，就只能容几个人腰上系绳下到里面，用汽灯照明进行工作，后来汽灯也嫌大，只好一手持蜡烛，一手拿工具清理。也许是这种刻骨铭心的经历，使当年参与其事的几位老技工在时隔50余年之后，仍然对头盖骨化石的出土记忆犹新。历史会永远记着这个日子，1929年12月2日下午4时，当时正值寒冬，太阳就要落山了，凛冽的北风，让工地上的人们感受到一阵阵的寒意，但人们丝毫不以为苦，仍旧在空隙中紧张地工作着。由于空隙中出土化石很多，裴文中也下来同技工一同工作。一位技工忽然小声说这里有一个圆圆的东西。裴文中赶忙过去，小心翼翼地进行泥土剔除，直至这个圆圆的东西大部分显露，他大喊起来：“人头！人头！”人们纷纷围拢过来，内心里再也抑制不住喜悦，他们的企盼压在心底已经很久很久，而今天，就是现在，神秘的远古北京人终于露出了庐山真面目，他们，则成为幸运的发现者。一时间，人们相互对视，会心一笑，竟然忘记了欢呼，忘记了呐喊。远古的北京人在经过漫长跋涉之后，终于重返人世间！
发现的是一个很完整的头骨，暴露出大部分，其余尚埋藏在坚硬的沙土中。当时正值冬季，天色已晚，洞中的光线很暗，但是人们都很兴奋，在摇曳昏黄的烛光下继续工作。下面的沙土十分坚硬，给工作带来很大困难，结果直到下工时间，仍然没有能够把头骨完整地取出。许多人主张第二天继续工作，但裴文中心里知晓它的分量，担心过夜会遇到意外，决定使用铁撬。这种方法十分危险，在正规的考古操作规程中是严令禁止的。果然一撬之下，头骨立即碎成很多大小不等的碎片，破坏了这件珍贵文物的完整性，但在当时兵荒马乱的时代，这也是不得已而为之的事情，而且正好借此测量到了北京猿人头骨化石的厚度。日后的修复证明，这件化石受到的损坏是微乎其微的。头骨取出之后，裴文中带领一伙技工凯旋了，把北京猿人头骨化石安置在租用的临时办事处后，他连晚饭也没有吃好，因为他太高兴了。他连夜给翁文灏写了一封信，派专人次日早晨送去，又在第二天早晨发了一封电报给步达生，通知他这个好消息。
当时周口店发掘的背景是，经过两年的正式发掘，到1928年年底，发掘到一层十分坚硬的石层，里面包含的动物化石很稀少。鉴于这种情况，当时许多人都认为龙骨山的工作已经接近尾声，这一层坚硬的石层就是北京人居住的洞底，下边不会有化石了。1929年，挖掘龙骨山的动物骨骼化石似乎变得无足轻重了，于是，步林、杨钟健、德日进陆续离开了周口店，只有裴文中坚持工作。在这个大背景下，出土数量多少的动物骨骼化石并不足为奇，但若是发现“北京人”头骨化石，则被认为似乎是天方夜谭。远在北京的步达生在给安特生的信中这样写道：“昨天我接到裴从周口店发来的电报，说他明天（即12月6日）将把他说的一个完整的中国猿人头盖骨带回北平！我希望它结果变成真的。”分明怀疑北京人头骨化石是赝品。这并不奇怪，第一是龙骨山化石地点已不被人们看好，第二则是裴文中太年轻，而且工作时间只有一年，缺乏鉴定经验是很自然的事。然而幸运女神和他们开了一个天大的玩笑，恰恰是裴文中在他们意欲放弃的周口店龙骨山山洞中找到了完整的远古北京人头骨化石。这个头骨化石并非赝品，而是一个真正的远古北京人头骨化石！就在城里的人们竞相猜测，议论纷纷的时候，周口店临时办事处的裴文中正忙于对出土的头骨化石加以处理。头骨化石刚出土时潮湿易碎，这样送到北京是不可想象的。当时技术处理设备缺乏，裴文中就采用土法子，带着两位技工轮流值班，生上火盆对化石进行烘烤，以脱去水分，这样化石就结实不易碎裂了。然后在化石外裹以棉纸，依次糊上石膏、麻袋片，这样再烘干以后，坚硬的石膏可以防震，而麻袋片可以起到缓冲作用。裴文中又在外面裹上棉被，用褥子、毯子捆扎好，这样可以比较放心地上路了。他搭乘房山到北京的长途汽车，在北京西便门接受了例行检查，一路顺利，把北京人头骨化石平安送到步达生手中。步达生立即着手剔除泥土，对头骨进行修复，当人们再看到它时，它几乎是完美无缺的！迟疑多日，神神秘秘的远古北京人首次向人们展示了她的绝代风姿！开始还持怀疑态度的人终于完全相信了这个亲眼目睹的事实。1929年年底在北京召开的中国地质学会特别会议，向全世界公布了北京猿人头骨化石发现的消息，这个消息迅速震撼了世界！
1930年，裴文中在室内整理去年周口店运回的化石时，又从中拼出一个相当完整的北京猿人头骨化石。
这两个远古北京人头骨化石的发现轰动了世界，也彻底改变了龙骨山的命运。曾几何时，龙骨山一度处于被抛弃的边缘，来自国外的资助也准备停止了，发掘现场一片冷清，如今的发现，顿时让当时的人们看到了新的希望，龙骨山的发掘工作很快重新开展起来。1930年春，工作队购买了包括龙骨山在内的一大片山地，以便于工作，同时，在山下西边建了一所房子，作为临时办公室，周口店龙骨山的遗址发掘逐渐纳入正轨。1930年的工作包括开掘龙骨山东部的鸽子堂，同时扩大了工作范围，对龙骨山上的浮土进行清理。在清理时，又在发掘地点的上方发现了一个新的遗址，这就是山顶洞，是距今1万年的“山顶洞人”居住、生活的地方。这一年还发生了重大的变革，从简单的掘取动物乃至人类遗骨化石，转变为对遗物及遗迹的全面研究。确认了有人居住在此后，陆续在洞中发现了当时人类使用过的石器，还有古老的“北京人”留下的用火遗迹。工作范围的扩大，需要工人数量也有增加，每天在龙骨山上工作的大约有100余人，上上下下，来来往往，非常热闹。做小生意的也看中了这块地方，卖花生、瓜子、糖的，卖烧饼的，卖油倮子的，在工人休息时纷纷前来叫卖，周口店竟在兵荒马乱的岁月里一度繁荣起来。
热情的工作却没有得到应有的回报，1930年的工作，仅发现了石器和用火遗迹，没有发现重要的化石材料。接下来1931年和1932年在龙骨山开展的工作，仍然围绕着东部进行。1933年则重点发掘山顶洞。山顶洞初发现时，步达生认为年代较晚，对其不感兴趣，德日进则认为其中堆积的是现代动物的骨骼，没有发掘的价值。但裴文中没有迷信外国专家，他有自己的见解，坚持的结果，是先试掘一下，看出土物的情况决定是否发掘。试掘开始不久，就从中发现了人类文化遗物———一枚作为装饰品的狐狸牙，牙上有钻孔。接着又发现了三个头骨化石和其他部位骨化石，出土了很多石器和装饰品。幸运又一次降临到裴文中头上，事实证明，他是正确的！1934年继续发掘山顶洞，直至发掘到洞底。后来的研究证明，“山顶洞人”距今年代比“北京人”近得多，约在1万年左右，但这个发现意义同样重大，不仅证明了北京人化石的真实性，解决了古老的北京人的去向问题，而且其丰富的文化内涵，为我国远古的历史断代提供了依据，现在我国旧石器和新石器时代的分界正是以此确定的。
山顶洞的发现虽然很重要，但它与“北京人”确实相隔甚远。在接下来的1935年的工作中，仍然继续着对“北京人”化石的寻找工作。就在这一年，裴文中离开了周口店，赴法国留学，而一直给予周口店发掘工作以巨大支持的步达生则在1934年因心脏病发作不幸去世，他的工作由德国人类学家魏敦瑞接替。从1934年起，虽然周口店龙骨山上整日热闹非凡，但发现的化石只是数量的增加，很少有新的发现。就是在这种情况下，裴文中决定出国留学，而卞美年也打算到加里曼丹去寻找古人类化石。卞美年毕业于燕京大学，对地质学和生物学都有研究，对发掘工作帮助很大。他于1931年参加工作队，和他同来的则是另一位“北京人”发现史上的著名人物———贾兰坡。
贾兰坡没有受过大学的正规教育，初到工地时，多管理一些繁琐杂事。但他虚心好学，不仅向专家，也向技工学习各种知识，因此很快就掌握了发掘所需的各类知识。1935年裴文中、卞美年先后离去之后，贾兰坡理所当然地成为周口店遗址发掘工地的总负责人。历史常常有惊人的相似之处，这一年，贾兰坡也只有25岁，同裴文中接手周口店发掘工作时同龄！贾兰坡工作细致周密，在过去几年中实践的考古学知识和理论让他隐隐有一份责任感，虽然周口店遗址上的几处化石地点似乎已被挖掘一空，但是由于工作或者时间方面的原因，许多地点仍有遗漏。贾兰坡把工作重点放在第一地点和第十五地点上，希冀会有新的获得。但美好的愿望不代表收获，在相当长的时间里，贾兰坡从第一地点到第十五地点，又从第十五地点回到第一地点，忙得不亦乐乎，偶尔有点新的发现，但总体收获甚微。
1936年的工作，仍然比较单调。工地上又来了两位大学生，一位是北京大学地质系毕业的李悦言，一位是燕京大学生物系毕业的孙树森，多少有些热闹气氛了。工作仍然在第一地点开展，第十五地点放弃后，开始发掘第十三地点。但这种热烈场面没有维持多久，先是孙树森对化石缺乏兴趣，与周口店道别，接着雨季来临时，工地停工后回到北京的李悦言对周口店这块“鸡肋”也失去耐心，到山西垣曲搞自己的地质调查去了，于是在9月份秋季开工时，贾兰坡又是孤孤单单地来到周口店龙骨山，执着地寻求他朝思暮想的新发现。
这时的新生代研究室主任是魏敦瑞，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，唯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，又陆续发现了枕辫、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！”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年在上一年的基础上，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。