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然而，就在周口店发掘出现第二个辉煌顶峰的同时，世界政治格局已发生了急剧变化。1931年9月18日夜，盘踞在中国东北境内的日本关东军，以中国军队炸毁南满铁路为借口，炮轰沈阳北大营。时为中华民国海陆空军副总司令，并在北平设置行营，全权掌控东北军政兼理整个华北地区军务的张学良严令不准抵抗，几十万东北军一枪未放退入关内，沈阳沦陷。随后三个月内，东北三省全部沦陷，膏药旗在白山黑水四处飘荡。这就是中国人早已熟知的“九一八”事变。
1933年1月，日军占领山海关；3月，占领热河省会承德；4月，占领秦皇岛；5月，占领通州。中国最大的城市和北平战略中心天津被日军三面包围。
1936年，日本军队向华北大量增兵，对中国内陆形成乌云压顶之势。
周口店遗址的发掘，在这乌云密布、刀光剑影的政治风云中，跨越了近七个年头的艰难历程。尽管开始几年的发掘一度走进了低谷，并令当时的多数学者心灰意懒，甚至感到绝望，但最终还是迎来了中外合作计划的第三次，也是最后一次辉煌。
1936年起，继裴文中之后主持周口店发掘的贾兰坡（裴文中于1935年赴法国留学），开始率领人员在周口店展开第三次大规模发掘。
6月10日这天，贾兰坡与他的团队开始向发掘点的第八层至第九层推进。开工不到十分钟，就发现了一个几乎完整的猕猴头骨。
6月20日，贾兰坡率领的发掘队又发现了两颗“北京人”门齿和一块头骨碎片，同时还有三块猕猴的上颌骨。这一连串遗物的出土，令贾兰坡精神大振的同时，也让他隐隐地预感到，比人牙更加重要的东西极有可能随之出现。
11月15日是个星期天，夜里一场雪，使天气变得格外寒冷，但贾兰坡一早便领着队伍来到了发掘现场。刚开工不久，在靠近北边的洞壁处，技工张海泉在一片松软的沙土中挖出了一块碎骨片，然后随手将它扔进了用荆树条编成的小筐里。张海泉的这一举动恰好被站在五米开外的贾兰坡看见，贾问：“什么东西？”张海泉满不在乎地说：“韭菜！”（按：方言，即碎骨片的意思。）贾兰坡心里一动，会不会是“北京猿人”的头盖部分呢？他马上跑过去，拿起来一看，大声叫道：“嘿！这不是人的头骨吗？”
众人听见，纷纷围拢过来，仔细一看，果然是一块人的顶骨。这一意外发现，群情振奋。贾兰坡带着三位发掘能手在“禁区”内继续搜寻。很快，大量的头骨碎片以及为数众多的枕骨、眉骨和耳骨相继被发现。
下午4时15分，贾兰坡率队在挖出上述头盖骨不远处，又发现了另一个头盖骨。一日之间，两个头盖骨化石被发现。
这是继1929年裴文中发现第一个“北京人”头盖骨之后，中外学术界又一次被中国周口店发现的头盖骨所震撼，人们对远东大陆华北地区这块神秘的土地再度投以惊奇的目光。然而，传奇的故事并未到此结束。十天之后的1936年11月26日上午9时，贾兰坡又在风雪飘零中，再度从周口店龙骨山那个近似魔术师道具般的山洞里发现了第三个“北京人”头盖骨。
这个迟迟不肯轻易露面的头盖骨虽然深藏于坚硬的岩层之中，却不像先前发现的那样破碎，而比过去发现的所有头盖骨都要完整得多，甚至连神经大孔的后缘部分和鼻骨上部及眼孔外部都依然完好。其完整程度，前所未有！
图1-9 在西部洞顶之下约1米处发现人头骨（贾兰坡摄，1933年11月3日）
为了确保这个头盖骨的安全，贾兰坡连夜下山乘火车将其亲自送到了北平，安全交给地质研究所新生代研究室负责人、德国著名古人类学家魏敦瑞。
这个头盖骨的发现，无疑锦上添花，使本来就沉浸在惊喜中的北平科学界欣喜若狂。这是继裴文中举世闻名的发现之后第二次发现完整的人类头盖骨化石，也是周口店发掘在徘徊了6年之后，几乎是在一无所获的萧条境况下，一次具有历史意义的重大突破。两个头盖骨同时出现的事实，再次让关注周口店发掘的悲观者看到了灿烂前景。
12月29日，中国地质学会北平分会在中国地质调查所北平分所图书馆举行特别会议，有一百余名中外学者参加了这次盛会。魏敦瑞就其发现的重大意义作了长篇学术报告，认为：1929年裴文中先生发现的头盖骨属于8岁孩童。此次贾兰坡在11天之内发现三个完整头盖骨，均为成年人的，保存得都很完好。前两个，一个较大，一个略小，大的属于男性，小的属于女性。四个头盖骨以及春季发现的头骨碎片，全部可以用来解释爪哇猿人的问题。爪哇猿人很久就被认为是大长臂猿的化石，但因头骨的性质与“北京人”相同，由此可见爪哇猿人并非他物，即与“北京人”属于相类的一支人类。换一句话说，所谓爪哇猿人，即为“北京人”演化过程中代表进步者。然而这次找到的头骨，男性比女性高得多，并且很接近尼安德特人，所以演化过程，似从“北京人”进化到尼安德特人，然后又进化到现代人类……
会后，中外报纸纷纷对此做了大篇幅报道，尽管当时战争的烟云几乎遮住了人们对其他所有事物关注的视线和兴趣，但贾兰坡继裴文中之后在周口店发现三个“北京人”头盖骨的消息，却很快得到全球性传播。当时的中外报纸纷纷报道了这一消息。据英国伦敦弗利特街110号国际剪报社于1937年6月向贾兰坡提供的信息，该社拥有欧洲、美国、英国、爱尔兰等地区发表此消息的剪报达2000条。如此大规模和大面积的信息传播，就当时的政治文化背景而言，是任何一项其他考古发现所无法匹敌的。