共36集
北京猿人头盖骨的发现震惊世界，也引起了日本侵略者的觊觎，他们制定了抢夺计划,准备将其据为己有。为此中美两国商议制定了秘密转移计划，代号：军刀。爱国医生刘云翔的父亲在行动中不幸遇害并被诬陷为监守自盗，为替父雪耻,找到真凶，刘云翔误打误撞进入了军刀行动中。日军的凶残和贪得无厌令刘云翔厌恶万分，共产党员为保护国宝而英勇献身的壮举让他充满敬意。在北平地下党的帮助下，刘云翔最终完成了从自发替父报仇到自觉地用生命保护国宝的转变，并凭着他过人的智慧和勇气，粉碎了日军妄图掠夺我国宝的阴谋。他也在血与火的斗争中光荣地成为了共产党员并收获了自己幸福的爱情。
刘云翔打电话给佐佐木，愿意以头盖骨交换查理。佐佐木不相信刘云翔，为挟制刘云翔，于是命谷田一去抓周玉琴。特务们闯进周家，却被有伤在身的周玉琴连番打倒，谷田一亲自出手这才抓住周玉琴。
刘云翔则再次找到丁辉，丁辉准备用另外的半块夜明珠迫使丁辉听从刘云翔行动。周大海和王四易商量如何刺杀特使，骗王四易说他是接近特使的人选。然后和刘云翔找到肖斌，以头骨换杀害刘昭的凶手。肖斌只能把情况向戴笠汇报，却被王四易偷偷拿走了电台的零件。周大海通过内线知道杀害刘昭和高明远的凶手代号“钢针”而且找到了“钢针”的指纹。
刘云翔联系佐佐木，佐佐木却说查理和周玉琴只能放一个。刘云翔二人都欲救出，于是决定实施一个冒险的计划——用自己的性命和头盖骨将周玉琴和查理从日本人手里换出来。
当查理安全被日本人送交给美国大使馆后，刘云翔也被佐佐木抓住。佐佐木怀疑刘云翔给他的头盖骨是假的，于是佐佐木准备请在南京的学者大江一夫前来检验。薛贵和赵亮利用顾喜平逼迫丁辉行动，使得季大年有机会说服河野，让刘云翔可以亲自在特使面前献头骨。