章广生认为王福明的死和自己的幼稚有关，内心产生强烈的自责。肖楠楠的复杂反应令刘文杰无法猜测出她此刻的真实想法。楠楠沉浸在悲伤的情绪中，教堂里经常出现她孤独的身影。戴武林和章牧之却在这一消息中嗅出不同的气息，在金钱的诱惑下，他们又开始打起化石的主意。日本方面得到美国和重庆政府关于转运化石谈判的情报，世野井和伊藤在如何抢夺化石策略上产生分歧。章牧之偷偷向广生打听化石的事情，遭到儿子的一番奚落。章广生和刘文杰谈论转运化石的方案，彼此心存疑问，各自提防。
一个深夜，刘文杰和喝醉的肖楠楠从一家酒吧出来，遭遇正在巡逻的日本兵。此刻已经宵禁，刘文杰向日本兵出示了一个证件后，扶着楠楠平安离去。第二天楠楠在与章淑亚回忆昨晚的细节时生起疑点。安妮从理查森院长那里得知化石即将转运的消息，并及时地告诉给章广生。章广生与魏道培接头商量下一步的计划。
魏道培和赵先生在一家戏院秘密接头，从赵先生那里，他得知刘文杰可能在为日本人工作。世野井决定在化石转运途中下手，伊藤却对这一计划深感担忧。他找到安妮试图通过她说服美国人放弃转运计划，安妮对日本人的狂妄表现出本能的厌恶。章广生把从安妮那里了解的这些情况汇报给魏道培，魏道培认为这可能是伊藤的一个诡计。关于所谓的化石生意，戴武林打算拉汤姆入伙。
一个夜晚，在肖楠楠的精心安排策划下，终于从刘文杰的衣兜里找到了那晚见到的蓝色证件。寒风凛冽的夜晚，化石装箱工作已完成，安妮和章广生认真核对装箱清单。赵先生在秘密发报时被日本兵逮捕。肖楠楠开始跟踪刘文杰，发现他进入日本商会。当肖楠楠在刘文杰的房间里四处搜寻时，却不知刘文杰就在她的身后。
夜幕笼罩下，汤姆奉命驱车前往协和医学院，暂时把两个木箱运到美军陆战队军营。同一夜晚，肖楠楠被日本兵押到日本商会，在那里她看到了刘文杰。刘文杰告诉她明天美国陆战队军营将会发生一次爆炸，到时一切都会结束。他向肖楠楠表达爱意，并讲述了自己的过去，以求能得到楠楠的同情和谅解，但结果让楠楠更加厌恶和鄙视。在美军陆战队俱乐部里，魏道培和戴武林先后找到汤姆，他们都在密切关注化石的新动向。美军对转运化石的自信和轻率令魏道培深感担忧，他企图说服威廉姆斯上校增加运送人员，但结果是只增派他一人参加这次行动。
接近凌晨，章广生在一个小四合院见到了协助化石转运的共产党地下武工队的成员。在日本商会，肖楠楠趁门外没有哨兵，匆忙骑上一辆岗亭旁的自行车，却没注意到车上挂着两个帆布包。此时，魏道培和汤姆正从军营出发，准备把木箱运往火车站。随后，在威廉姆斯的指挥下，由门罗中士负责指挥的另一辆军用卡车到协和医学院去装运两个木箱，目的地是秦皇岛。肖楠楠骑车冲进美军军营，刚被丢下的自行车突然爆炸，营内一片混乱。路上，戴武林趁汤姆的车熄火爬进车厢，在翻找木箱时被魏道培发现，落荒而逃。而此时世野井带领的日本兵在伏击地遭到武工队的袭击，世野井被章广生开枪打死。在魏道培的保护下，木箱安全抵达火车站。同一个晚上，戴武林仓皇离开北平。
这天早晨，天色似乎异常寒冷，报纸的头条新闻是太平洋战争爆发。在火车站，理查森院长正在送夫人和孩子上车，理查森夫人带着的那只厚重的大皮箱格外引人注目。北方的野外，门罗中士的卡车残骸歪斜在路边。也是北方，一个山坳里的火车小站，那辆从北平发出的美国军列，正在接受日本军人的搜查。北平，协和医学院被占领。楼里所有的人被日本人拘禁在理查森的小楼里，包括章广生和安妮。伊藤试图从威廉姆斯那里打探到有关化石的下落，但结果却令他茫然。
魏道培带领肖楠楠离开北平，章淑亚决定留下来等着哥哥回来。关于化石的真正去向，日本人从拘禁的人那里最终一无所获。章广生和安妮暂时被放了出来。由于章牧之对化石曾经采取的卑劣手段，章广生兄妹二人再也无法原谅父亲，最终离开了家庭。抢夺化石计划的失败，使得伊藤极度沮丧失望，在一次酒后开枪打死了刘文杰。
1996年的北京，一个阳光灿烂的日子。北京郊外的龙骨山，年迈的魏道培和章广生默默回忆着所经历的遥远往事。这个日本人所带来的消息，又是一场空欢喜。但随着对往事的绵长记忆，他们对“北京人”那份特殊的爱却超越时空的阻隔，显得更加强烈且执着。(全剧终)
