1930年 清理龙骨山表土时，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，再打格画方进行发掘的方法，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。其中一个六十多岁的男性老人，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。
1934年 3月15日，步达生由于心脏病发作，猝死在办公室。这一年的发掘除山顶洞外，拓宽了发掘面积，从鸽子堂洞以西延展到山顶洞洞口处。这一年投入人力最多，仅在鸽子堂最多时就投入了120人，花的力气也最大。6月，从顶部向下发掘后不久，在山顶洞洞口的下坎处找到了“北京人”成年个体的左颞骨和一块下颌骨，以及多以燧石打制的石器。
