1936年，周口店再度发现“北京人”头盖骨化石，这一重大发现令国际科学界为之震惊。早有觊觎之心的日本政府，派遣情报人员伊藤及其助手世野井抵达北京，他们借助潜伏于北京协和医学院的间谍，妄图窃取化石。中共获取该情报后，指示地下党员魏道培和医学院教师王福明暗中守护“北京人”化石。此时抗战一触即发，为确保化石安全，南京政府与美方掌控的协和医学院共同决定，将化石转移至北京花旗银行金库。围绕化石的转运事宜，魏道培、王福明，国民党情报人员刘文杰，以及医学院教师章广生、肖楠楠、福格尔等人，与日本情报机构展开了一场惊心动魄的智谋较量。在魏道培、王福明等人的精心谋划与安排下，医学院相关人员赶在“七七事变”爆发前，成功将“北京人”化石安全转移至花旗银行金库。 1941年，全面抗战已然爆发，占领北京的日本人一方面逼迫章广生等人在周口店挖掘化石，另一方面仍在伺机夺取已运回协和医学院的“北京人”化石。此时已成为驻北京美军陆战队翻译的魏道培接到指示，与王福明再度肩负起保护化石安全的重任。日方派遣间谍伪装成美方科学家福格尔的新助手安妮，潜入协和医学院，这让“北京人”化石的安全面临严重威胁。鉴于形势危急，中方政府与美方达成协议，打算将“北京人”化石全部运往美国。为了挫败日本人的阴谋，王福明不惜牺牲生命，保护了真正的安妮，让日本间谍原形毕露。王福明的壮烈牺牲深深触动了章广生，使他勇敢地接过了王福明未竟的使命。魏道培等人一方面追查仍潜伏在医学院内的日本间谍踪迹，另一方面协助医学院和美军陆战队进行化石的转运工作。“珍珠港事件”前夕，在挫败了伊藤和世野井的一系列阴谋后，化石顺利安全转移到陆战队军营，而医学院内部的日本间谍刘文杰也随之暴露。然而，太平洋战争爆发后，“北京人”化石在从北京运往秦皇岛美军基地的途中神秘失踪，从此下落成谜。