刘文杰的归来引起了肖楠楠心底情感波澜的涌动，已经成为她的丈夫的王福明却觉得刘文杰的出现有些蹊跷，魏道培提醒王福明，为了化石的安全，注意刘文杰归来后的动向。

　　章广生被伊藤从周口店放回，福格尔怀疑他对日本人透露了化石存放在新生代研究所的消息。伊藤登门拜访福格尔，提出合作研究化石的想法，遭到了福格尔的拒绝。深夜，世野井带领一队全副武装的日本兵，以奉命搜查为由，企图进入协和医学院，美国海军陆战队赶来阻止，双方军队陷入僵持状态。伊藤的到来化解了一场冲突，他命令世野井撤退。

　　日本人针对化石采取的种种行动使福格尔认识到他发表论文的举动是错误的，他真诚地向章广生道歉，并告诉章广生他打算离开中国。

　　福格尔的新助手安妮姗姗来迟。安妮是福格尔教授的老朋友华伦斯坦教授的学生，安妮的父亲是肖云昌在德国的同事。一个月前，章广生和福格尔按照约定时间到车站去接她，结果没有接到。一个月后，安妮自己找到了新生代研究所。安妮是一个金发美女，对章广生很热情。

　　一天早上，福格尔发现自己保管的保险柜的钥匙不见了，十分着急。他的新助手安妮告诉他，是他把钥匙忘在了办公桌上，她帮他收起来的。大家松了一口气，福格尔却命令所有的研究都停止，谁也不能再接触化石。

　　安妮对章广生说，她看到一篇文章，文章认为新生代研究室对“北京人”化石的年代鉴定不准确。章广生把文章拿给福格尔，并提出一个设想。他想用“北京人”上肢和下肢骨骼化石做一次X光成像，以此批驳对方的论点。福格尔同意了他的计划。

　　王福明得知章广生的计划，表示反对。他认为在危乱之际，不应该为了学术上的争论而不顾化石的安全。他提醒章广生，福格尔的那篇论文带来的麻烦，还远远没有结束。章广生听不进王福明的意见，他仍然坚持对化石进行X成像。

　　章广生对化石进行X成像的计划安排在章淑亚的放射实验室进行。刘文杰对章淑亚说需要她的帮助，为了刺激美国人保护化石的决心，他要让那两块进行X成像的化石不翼而飞。章淑亚不同意，刘文杰就用章父与戴武林合伙贩卖毒品的内情相要挟。

　　福格尔通知章广生，他正在重新考虑对化石进行X成像的必要性，因为裴文中和贾兰坡先生给他打电话，认为此计划不合适。福格尔还委婉地提醒章广生，说他对安妮并不信任。深坠情网的章广生没有听出福格尔的弦外之音。

　　德国领事馆来了一个自称为安妮的姑娘。她说她的行李和有关的证明文件在途中被日本兵抢走了，她是费尽周折才逃出来的。德国领事馆同意帮她联系有关人员证明身份。安妮把电话打到了福格尔的办公室，福格尔跟她约定了面谈的时间。

　　福格尔企图审问先到的安妮，查证她的身份，结果反被假安妮的恐吓吓倒。假安妮要福格尔同意章广生的计划，福格尔屈服了。伊藤到德国领事馆拜访，他向德国领事说明了找人代替安妮的目的，要求德国给日本提供帮助，德国领事同意了。

　　福格尔通知章广生成像计划可以照常进行，并暗示化石可能有危险，章广生浑然不觉。王福明找到章广生，想从他那里了解一些安妮的细节，证实安妮的身份，这引起了章广生的反感。

　　与福格尔通过电话以后，德国领事馆里的安妮一直等待着见面，但是福格尔并没有出现。安妮试图再用电话与福格尔联系，结果领事告知她，不能离开领事馆，也不能再打电话给任何人，等领事馆给补办好护照以后，尽快离开中国。

　　在刘文杰的导演下，章淑亚利用停电的瞬间把化石掉包。章广生发现化石是假的，暴跳如雷。章淑亚佯作无辜，章广生无计可施。刘文杰要章淑亚和他一起把掉包后的化石送到一个安全的地方，没想到在半路上被人把化石抢跑了。

　　两块肢体骨骼化石的失踪不仅令章广生痛悔不已，也令王福明气恼，他埋怨妻子肖楠楠不及时把刘文杰偷换化石的计划告诉他，肖楠楠反拿自己和刘文杰的旧情刺激他，夫妻二人爆发了战火。夜色中，德国领事馆的安妮从房间里逃了出来，飞跑着消失在黑暗中。

　　夜深人静的时候。一个自称是安妮·施密特的德国女子敲开了肖家的大门。同一夜晚，在北平的日本商会，世野井正在以不可一世的口气向伊藤传达东京的指示，他将全面接替伊藤的工作。此时使安妮唯一能证明自己身份的是她与肖云昌的一张合影，她在肖家影集中终于找到了这张至关重要的照片。世野井把真安妮的出现告诉了“安妮”，这令她开始紧张不安。她只能在暴露之前抓紧时间采取行动。

　　肖楠楠在一次谈话中，无意间向刘文杰透露了真安妮的消息。接下来，王福明被抓，而安妮已不知去向。楠楠终于明白了自己的言行给王福明带来的伤害，她后悔不已。在对王福明的逼供中，世野井知道了自己当年的一只眼睛正是王福明所伤，顿时象一只咆哮的野兽。协和医院，“安妮”挟枪威胁福格尔去开保险柜，却因欢送福格尔的聚会被打断。在聚会中，真安妮的出现令“安妮”的计划全面告破，她只好离去。在一个深夜，王福明被世野井杀害。