当赵运达(刘牧 饰)把获取的头盖骨交给方依琳(亦涵 饰)时，方依琳经过仔细查看怀疑这并不是真正的头盖骨，赵运达决定带着这批头盖骨前往解放区再次鉴定，而方依琳却执意留下来看是否有新的线索。俩人就此分别，但彼此约定这次任务结束后就举行婚礼。而在此时，中村被告知由于他未能履行好自己的职责，要被送审军事法庭。他在绝望中请张翠凤吃了最后一次饭后，面对着他耿耿忠心的天皇画像剖腹自杀了。接到最新命令的小野也约方依琳在茶馆见面，告诉她自己将登上阿波丸号商船前往马来西亚。当方依琳得知他这是在执行可能运送北京人头盖骨的任务时，她在未征赵运达的同意，就决定随小野南下。临行前的方依琳给赵运达留下了一封信，她在信中回忆了他们彼此的情感和共同奋斗的经历，外面柔弱内心刚强的方依琳就这样冒险踏上了新的征程。胡兰子(管乐 饰)在赵运达的带领下，前往解放区开始了新的生活。然而，就在这时，传来了“阿波丸号”被美军击沉的消息，赵运达知道他心爱的方依琳永远不会回来了。数月后，日本投降了，北平城到处是人们欢庆的场景。张翠凤在悲喜交加之际唱起了大鼓书，而赵运达为了追寻头盖骨的下落，又踏上了新的追寻程。若干年后，古稀之年的赵运达来到周口店，望着北京猿人的头像，回忆起曾经的风风雨雨，禁不住潸然泪下......
