1929年4月，裴文中走马上任，他指挥民工在1928年发掘的地方，由第5层起继续向深处发掘。早在安特生刚刚意识到周口店具有发现古人类的可能时，他就极富经验地提醒师丹斯基：“在冲积地层中寻找人类遗迹，就像在德国公园寻找一枚失落的针，但在同时期的岩洞中寻找古人类，就像在皇家图书馆的阅览室中寻找一根针。后者无疑也不容易，但比在公园中寻找希望还是大得多。”
裴文中自然知道安特生所指，他决定在这个发掘区一直挖下去，直至挖到含有化石堆积的最底部。意想不到的是，第五层却异常坚硬，出现了“凿之为铿锵之声，势如钢铁”的局面。
在一番努力均告失败之后，裴文中毅然决定，用炸药将岩石炸开。尽管这个手段对于考古学来说是一大忌，但在当时的环境下，除了以“暴力”手段揭开岩石，似乎别无选择。
势如铜铁的第五层岩石最终未能抵挡住烈性炸药的威力而逐渐崩裂瓦解。堡垒已经攻克，后来的发掘便显得格外容易，发掘人员轻取了第六层和第七层的堆积物，随后又连克两层，即第八层与第九层，清晰的地层图已构画出来，许多湮没难解的问题已变得明朗起来了。
发掘的遗迹显示出极其浓厚的地层，从洞顶到空隙底部，不少于35米。而从整个洞穴堆积的内容看，从底部到顶部都属于同一地质年代的动物群。
尽管这个时期的发掘，裴文中和他的助手以及所指挥的工人们付出了极为艰苦的努力，取得了相当客观的成绩，但仍未超出安特生和步林发现成果的范畴。远古人类像是故意挑逗一群后生，而那令后世人类极度敬仰的远古祖先的身影，在世纪的光照中总是忽隐忽现、忽明忽暗，令虔诚的敬仰者越发感到扑朔迷离，神秘莫测。
桃花扑面，芬芳溢鼻的春天过去了。
雨水四溅，山洪泻流冰雹四散的夏季过去了。
漫野红遍，丛林尽染的秋季过去了。
严酷的冬天已经来临，大雪一阵接一阵，周口店群山一片惨白。
周口店的发掘依然没有大的突破。
其实，这时的裴文中们已经有了足以震撼世界的突破，可惜他们自己并未察觉而失之交臂，以至使历史的记载者不得不暂时弃书搁笔，和发掘者一道在凄冷的寒风残雪中，再苦苦等待近一个冬天。
当发掘进入到第八层时，一个破碎的头盖骨已经伴随潮湿的泥土走向了新的世界。尽管头骨已经碎成许多块状，倘若及时发现并粘结起来，仍不失为一个相当完整的头骨。但没有一个人发现。直到1930年春天，一个技工在北京的研究室里修理化石标本时，才发现了这件四周裹满泥土的头盖骨。这不能不说是一件憾事，这个遗憾曾使年轻的裴文中垂胸顿足，以至落下了悔恨的泪水。直到1934年他还在著作中念念不忘地写道：“北平的朋友都说这件标本因为外面还有很厚的泥土包裹着，以致在现场未被发现。我很明白他们在维护我的短处，掩盖我失查的罪名，但我无论如何也不能不承认我的疏忽。”
周口店的发掘仍在继续。随着深度不断延伸，堆积物的体积也渐渐变得狭小起来。当深度已进入地下40余米时，狭窄的空间几乎只能容下一两个人的身影。正当裴文中考虑就此收兵时，却意外地在空隙的底部凿穿了一个洞穴。这个洞穴的出现，意味着北京人的大门轰然洞开了。
发现“北京人”头盖骨
三个工人手持蜡烛相继进入洞内，极富远见的裴文中当然不会错过眼前的机会，他很快找来绳子拴在腰上，点燃一根蜡烛攥在手中，对后面的人说：“将绳子这一头坠住，我下去看看。”
裴文中坠绳而下，进入洞中。
蜡烛的火苗在忽明忽暗地扑扑跳荡，辩不清洞的长度，阴森恐怖的气氛笼罩着裴文中的全身。他摸着洞壁大约在深入到五、六米的地方，看到了前面的几个晃动的人影。他凑上前来漫漫将弓着的身子蹲下来仔细察看。他惊奇地发现，无数远古动物的化石都安详地躺在洞底的尘土之中，只要用手一扒，化石便清晰地显露出来。面对眼前一切，裴文中那颗扑扑跳动的心被极度的兴奋所替代，这种兴奋使他忘记了是在窄小的洞穴之中，以致当地猛地起身站立时，头撞在洞顶坚硬的石壁上，一声闷响，使他差点昏倒。
