店龍骨山上，中國古人類學家裴文中首次發現了完整的、距今50萬年的北京人頭蓋骨。
1936年，在中國考古學家賈蘭坡的主持下，另外三個完整的北京人頭蓋骨和一個完整的人類下頜骨又相繼在周口店被挖掘出來。
1937年，日本發動侵華戰爭，考古工作被迫停止。
其中最大的可能就是落入日本人手裡，1941年12月5日清晨，北京人頭蓋骨隨美國海軍陸戰隊登上了開赴秦皇島的專列。8日上午列車按計劃抵達。在這一天，日軍突襲珍珠港，駐紮華北的日軍迅速佔領了京津和秦皇島一帶的美國機構和設施，美國海軍陸戰隊的列車和軍事人員成為了日軍的俘虜，包括北京人頭蓋骨在內的物資和行李，一併成為日軍的戰利品。所有相關人士都認為，北京人頭蓋骨落在了日本侵略者手中。
第二個在民間有過傳聞，美國公使館跟日本人玩了一出“調包計”，表面上化石被送上專列押往秦皇島，暗地裡卻被秘密送往天津，準備從天津出海。
1980年秋，美國人類學家夏皮羅博士來到中國，他從美國海軍陸戰隊的檔案庫中查到：北京人頭蓋骨當年的確曾在天津的美軍軍營停放過。20世紀90年代，一名當年參加侵華戰爭的老兵在彌留之際透露：頭蓋骨化石就藏在北京城的中心。但挖掘成果令人失望，下挖近三米，沒有發現任何埋藏物。
在2012年出版的3月刊《南非科學雜誌》上，中國科學院古脊椎動物和古人類研究所專家以及南非的研究人員共同發表研究報告，稱發現了“北京人”頭蓋骨下落的新線索。他們根據二戰時期美國海軍陸戰隊士兵理查德鮑恩的回憶，得出了“北京人”頭蓋骨可能埋藏在中國秦皇島某地的一個停車場下的猜測。
1972年，時任美國總統尼克松首次訪華，除了在政治方面表示友好，經濟層面尋求溝通以外，尼克松一行還向中方提供了一份特殊的禮物。日軍阿波丸號沉沒在中國海域的具體方位和裝載貨物清單。
美方希望和中國政府合作打撈阿波丸號，在關於阿波丸號的檔案中有記載：阿波丸號裡面裝有工藝品、藝術製品和貴重物品，這些都是在戰爭期間，日本從中國偷運出去的。根據專家推測，北京人頭蓋骨化石有可能就在阿波丸號上。
1977年，一項後來被確定為代號“713”的工程正式啟動。工程目標打撈阿波丸號，揭示歷史之謎。由於當時的技術條件和潛水員的體能所限，於1980年停止。在打撈上來的物品中，沒有發現與北京人頭蓋骨相關的任何線索。
其他還有各種傳聞，比如1996年有個日本老兵臨死前，向中國有關部門傳遞訊息，稱化石埋在日壇公園的一棵松樹下，這顆松樹還做了特殊記號，後來有關人員確實找到了那棵松樹。
但是一直挖到2米多深時，專家們仍未發現有任何埋藏物，更未見有動土現象。隨後再次擴大挖掘範圍，仍未發現有埋藏物。
後來浙江舟山傳出訊息，稱北京人頭蓋骨化石可能在“里斯本丸”號沉船上。
據有關資料記載，1942年10月2日凌晨，裝載著700多名日軍官兵，以及1800多名英國被俘人員和財物的“里斯本丸”號運輸船，途經舟山附近海域時被魚雷擊沉，而據獲救的英國戰俘回憶，船上載有大批被日軍掠奪的黃金財寶和文物，還可能有“北京人頭蓋骨”化石。
上世紀80年代，美國人類學家夏皮羅在《北京人》一書中說，一位原海軍陸戰隊軍人曾告訴他，化石曾輾轉到了駐天津的美國海軍陸戰隊兵營。
1971年10月21日，據護送北京猿人化石出國轉移任務的執行人、美國醫生費利說，裝有北京猿人化石的箱子放在天津的美國海軍陸戰隊兵營大院裡的6號樓地下室木板