1933年到1934年間，由於山頂洞被發現，野外發掘的主要精力被吸引過去，從中找到了晚於“北京人”的“山頂洞人”，填補了我國新石器時期古人類化石的空白。山頂洞的發掘告一段落，大家又回過頭來繼續尋找“北京人”。這時，裴文中先生準備赴法國留學，漸漸脫離龍骨山。山上的發掘工作交給了賈蘭坡負責。
發掘在繼續，不斷有化石出現。可是賈蘭坡仍有“山窮水盡”之感。原來每天挖出的化石隻見數量增多，不見質的改變。雖然也有人的牙齒或頜骨出現，但一直沒有頭蓋骨。賈蘭坡試圖擴大發掘範圍，他東奔西找，尋找“新大陸”，結果一無所獲。1934～1935年就是在這種單調、枯燥的發掘中度過的。賈蘭坡有著執著的追求，旺盛的工作熱情和頑強的意誌，這才使他熬過了艱難的2年。
1936年初夏，情況出現轉機。6月，挖到了獼猴的化石。過去都是先見到獼猴化石，再發現“北京人”遺骨的。這次能否應驗呢？果然，不久就挖到了“北京人”的牙齒，還發現了幾塊碎小的頭骨！一看到這些東西，在場的人似乎都被注入了生氣，情緒立刻高漲起來。可惜雨季接踵而來，發掘隻得暫時中止。
再次開掘是該年9月。一開始就發現石器。10月上旬，在一個麵積不大的範圍內，集中出現了約40個腫骨鹿的下頜骨，過去從未有過，情況有些反常。10月下旬，技工劉二挖到一塊保存完好的“北京人”下頜骨，賈蘭坡眼尖，立刻過去用鋼鉤小心地挖出。大家信心倍增，每天都在希望能有重大發現。可是轉眼秋季即將過去。
11月14日，天氣開始變冷，晚上還下了一場雪。11月15日是星期天，上午9時天才開始放晴，賈蘭坡抓緊時間工作。他一點兒也不敢疏忽，在挖掘現場巡視不停。9時半鍾，他從5米開外一眼看到技工張海泉正往筐裏裝一塊碎骨片，心裏陡然一驚：這不是頭骨的一部分嗎？趕緊上前，稍一端詳，立即證實了自己的判斷。於是馬上采取緊急措施，將周圍6平方米作為特別區域，調來3位技藝高超的發掘能手通力挖掘。不一會兒，在半平方米的範圍內，耳骨、眉骨、枕骨等相繼露麵。頭骨埋在鬆軟的砂土之中，可大夥兒直到中午才把它們全部取出。然後分裝在二隻荊樹條編成的小筐中，小心翼翼地捧回駐地。晚上，賈蘭坡用了整整一夜的時間，將破碎的頭骨烘幹、粘接、修複好。就在這天下午，距上午挖出的頭骨1米之遙，又發現了另一個頭蓋骨，也破散成好幾塊。由於當時天已暗下來了，賈蘭坡怕看不清挖壞了頭骨，決定到第二天再將它們取出來。為了防備萬一，當夜派了6個人守衛現場，規定6米之內禁止入內。第二天，將第二個頭骨完整無損地挖了出來。
11月17日，賈蘭坡帶著第二個頭蓋骨返京（頭一個已先行送回）。11月24日，消息對外發表，再一次震動了世界。11月25日，夜裏又開始下雪，一直持續到26日淩晨。一早起來，天氣晴朗，賈蘭坡8時半開始工作，9時，竟然又發現了第三個頭蓋骨，而且這個頭蓋骨不像過去發現的那樣破碎，保存得相當完整，連部分鼻骨、眼睡骨等都有。這時，頭蓋骨出土的消息早已沸沸揚揚，賈蘭坡怕有閃失，當即將頭骨修複完畢，連夜送回北京。
在短短兩周之內，連續發現3個頭蓋骨，實在令人激動不已。12月19日，中國地質學會再次召開特別會議，報告這一振奮人心的消息。新生代研究室名譽主任任魏敦瑞（著名美籍德國人類學家。原名譽主任步達生已於1934年病逝）在報告中說：“中國猿人為最原始的化石人類……完全可以用來解決爪哇猿人的問題。爪哇猿人很久就被認為是大長臂猿的化石，但因頭骨的性質與中國猿人相同，由此可見爪哇猿人並非他物，即與中國猿人相類的一支人類。”“關於中國已有的中國猿人材料，如頭骨、下頜骨和牙齒等，實在是最完善、最優美的采集。隻是四肢骨骼始終未能找到。”這在當時確是非常遺憾的事情。不過，1951年賈蘭坡在整理標本時，認出了北京人的一段肱骨（上臂骨）和一段脛骨（小腿骨），彌補了研究的缺陷。“北京人”的上肢已接近現代人，下肢還保留著較多的原始性，平均腦容量為1059毫升。“北京人”的這一些特征證實了“勞動創造人”的偉大真理。
尋找“北京人”在1936年達到了高潮。1937年“七七事變”爆發，日寇發動了全麵侵華戰爭，尋找“北京京人”的工作被迫中斷。更慘的是，“太平洋戰爭”爆發後，珍貴的“北京人”化石標本竟然在美國人手中弄得下落不明！原來，“北京人”化石標本一直藏在北京協和醫學院解剖科的保險櫃中，1941年以後，日美關係急劇惡化，“北京人”也變得岌岌可危。為了安全起見，決定將“北京人”轉移到紐約自然博物館去——盡管這是違反協議的。於是“北京人”被分別裝入兩個大木箱中，由美國海軍陸戰隊負責押運。途中，“珍珠港事件”爆發，運送“北京人”的美國海軍陸戰隊專用列車在秦皇島被截。從此，“北京人”下落不明。戰後，經多方查找仍然沒有任何線索。
全國解放後，在黨和政府的關懷之下，又重新開始在龍骨山挖掘“北京人”的遺址。又發現了5顆牙齒、一個相當完整的下頜骨和一個完整的頭蓋骨。而且，科學工作者還在全國範圍內尋找“北京人”的“兄弟姐妹”。結果，在陝西藍田和雲南元謀，發現了和“北京人”處於同一發展階段的“藍田人”和“元謀人”。