1929年 4月19日，中国农商部正式批准了“新生代研究室”的组织章程，中国地质调查所新生代研究室成立。秋季发掘就要结束时，在12月2日下午4时，裴文中发现了第一个“北京人”头盖骨化石。步达生欣喜若狂，赞誉这具头骨的发现是周口店1929年发掘工作的辉煌顶峰。这一发现震惊了国内外学术界。
1930年 清理龙骨山表土时，工作人员意外发现了山顶洞。这一年发掘工作转移到了鸽子堂。
1931年 春季，卞美年和贾兰坡参加周口店的发掘工作。这一年的主要工作仍是发掘鸽子堂，除发现很多石器外，还发现一层厚厚的灰烬层。灰烬层中有被烧裂的石头、骨头和木炭。灰烬层是成堆的，说明“北京人”不但会用火，还能控制火。
1932年 在发掘鸽子堂东坡时，裴文中采用了先挖深沟，探明土层内部情况，再打格分方进行发掘的方法，使发现的化石方位更加清楚，并防止疏漏。
1933年 对山顶洞进行系统发掘，发现了属于晚期智人的山顶洞人完整的头骨，以及分属七八个男女老幼不同个体的化石。其中一个60多岁的男性老人，保存最好，上下颌牙齿完整无缺，并保存有骨盆、肩胛骨和一对大腿骨。另外，还发现许多装饰品和一枚骨针。