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在协和医学院新生代研究室，当步达生用别针一点点将包裹着头骨的硬土剔掉时，这位杰出的古人类研究专家抱着露出本来面目的头骨怔怔地看了十几分钟。由于高度兴奋，抖动的双手差点儿将头骨摔在地上。
“没错，是人的，是人的。”步达生两眼放光，站起身拍了拍裴文中的肩膀，高声说道，“小伙子，感谢你，整个世界的古人类学家都应该感谢你这一伟大的发现。记住，从现在起，你的名字可以流传后世了。”
完整的“北京人”头盖骨的发现，以无可辩驳的事实宣告了周口店发掘所达到的顶峰地位，它使一切怀疑和贬低裴文中所取得成就的人都哑口无言。
12月28日下午，中国地质学会特别会议在地质调查所隆重举行，应邀到会的除科学界的大师名流外，还有中外新闻界人士。裴文中在会上做了发现“北京人”头盖骨的报告。正如预料的一样，这一创世纪的伟大发现，立即轰动了世界。当时的北平《晨报》以巨幅标题做了如下报道：
与此同时，国外报纸纷纷登载周口店发现“北京人”头盖骨的消息，并以“地球人类的震撼”“古人类研究史上的一道闪电”等振聋发聩的标题，概括了头盖骨发现的重大意义和影响。正如著名考古学家李济后来所说：“‘北京人’骨骸是考古学为体质人类学提供的珍贵非凡的实物资料，它不仅对人类起源的研究是一个巨大的突破，而且使人类学学科体系进一步牢牢奠定在唯物主义的坚实基础之上，使整个人类学的面貌为之一新。”
年轻的裴文中以发现“北京人”头盖骨而把周口店的发掘和研究推上了辉煌顶峰，但这并不意味着整项事业已走到终点。几乎每一位关心周口店的科学家都清楚地知道，在那个充溢着奇迹的山洞里，一定还会有与之匹敌的惊人发现等待现代人类去叩访。
1931年春，当裴文中和新到周口店协助工作的贾兰坡带领民工清理洞中的松软堆积物时，意外发现了一层含有丰富石英碎片的地层堆积物。这个发现，立即引起了裴、贾二人的注意，遂开始组织大规模的发掘。两个月之后，在周口店一个叫鸽子堂的地方，又发现一处规模较大的石英层。
经过近一年的发掘，从发现的两个地区中，收集到不少于两千块石英碎片和十块不属于洞中的石头，五块绿色砂石、三块褐铁矿石。另外发现了两块并列着的燧石和各种颜色的石英片。所有这些发现，几乎和人类的骨骸，猛犸、鹿、三趾马等动物化石在同一地层中找到，而那些石英碎片，其中大多数没有争议地显示出加工和使用过的痕迹。由此，裴文中大胆做出了“石英碎片正是远古人类加工和使用的石器”的结论。
1931年秋，法国著名的史前石器考古学家步日耶（H. Breuil）教授，在详细考察研究了周口店遗迹的化石后，这位杰出的学者在完全接受了裴文中所做结论的同时，进一步提出“一些兽角和骨头也有明显人工加工过的痕迹，而这些发现同石器一样，都可能成为人类祖先的工具”。
当安特生最初来到周口店时，他正是把收集到的石英碎片假设成用以切割兽肉的工具，才有了进一步推断地层中可能有人类遗存的结论。十年之后，安特生假设的事实终于被科学发掘所验证。
几乎就在同时，裴文中、步达生、步日耶三位天才的学者，根据周口店堆积层中烧焦的木头和碎骨的痕迹，得出了北京人已开始用火的结论。尽管这个结论一开始遭到了部分学者的反对，但最终还是以无可辩驳的事实，得到了科学界的认同。
石器、骨器与用火遗迹的发现，使周口店的发掘又登上了一个高峰，裴文中本人也在这些伟大的发现中再度走上辉煌的人生之途。他在世界人类尤其是中国大众心中的声名，远远超过了当年的安特生博士。多少年后，中国的青少年仍然从历史课本上读到“北京人”头盖骨及其用火遗迹这一伟大发现的介绍性文字，裴文中也伴随这一划时代的发现而被后世人类所铭记。