1927年，在北平郊外周口店发现了北京猿人头盖骨化石，这一发现标志着人类文明史从此向前推进了50万年，中国人无不为之自豪。日本军主义为了从精神上摧毁中国人的抗日斗志，裕仁天皇亲自下令，欲将北京猿人头盖骨化石占为已有，一场争夺与保护头盖骨化石的斗争就此展开了。
上海街头刘云翔要去咖啡厅和地下党同志周宏接头时被人盯上，日本人也为拿到头盖骨化石而展开行动，刘云翔得知日本人的企图后准备回医院请假，周宏交待刘云翔说遇害到问题时打3465电话找高经理，还说出联络暗号，刘云翔有些担心那个司机赵亮。周宏从咖啡厅里出去时被人开枪打伤腿部，刘云翔回头看到他要自杀时就开枪将其打伤，他还亲自为他动手术将子弹取出来，他向德国领事汉斯解释说在咖啡馆和大海做生意，还拿出证据给他们看，刘云翔是卡尔最好的朋友。查理造了一个假头盖骨来对付日本人。
刀出鞘分集剧情介绍1-28集大结局
德国领事汉斯让人将特务赶走，刘云翔趁机调换了周宏的身体，并将他塞入汉斯车内。刘云翔知道卡尔在苏联前线，卡尔是汉斯的儿子，汉斯希望他和刘云翔都要好好地活着。汉斯车在路上被袭击，着火后汉斯和刘云翔分别离开。科学家刘昭在晚上被王四易开枪打死在医院，他死前抓住了凶手身上的玉坠。刘昭是刘云翔的父亲，王四易要找到草上飞并拿到头盖骨。
北京人头盖骨被窃的事情上了报纸，刘云翔看完报纸后得知他父亲已死，周宏向老宋了解后知道刘云翔回北平了，老宋还将刘昭之死说出来，他担心刘云翔回去后很危险，于是让老宋贴出告示。滚刀肉在争夺拉车地盘，荣昌车行的麻七和他争吵起来，周玉琴让他们不要乱动。王四易将刘昭被杀的事情汇报给日本人，日本人得到了刘昭手里的玉坠，他们准备见一下飞龙帮的老大。日本人找飞龙帮的铁头帮忙找人，还拿出那个玉坠。
飞龙帮的草上飞将偷出的头盖骨拿给二哥看，还说有人要用枪要他的命，他担心自己去换钱时被灭口，草上飞只想换个能换钱的东西把它换了，然后远走高飞，他将东西交给二哥保管。梅芳找到她哥刘四易发起脾气，刘四易感觉对不起刘叔，周玉琴等了刘云翔四年，她比他大三岁，还要找车夫们寻找线索，周玉琴将刘云翔要回北平的事情说给刘四易，刘四易要去接他。刘四易接到刘云翔后说周玉琴将他爹已经接回去，然后刘四易去找典狱长打点。
上海地下党组织也在筹划夺回关盖骨之事，喜子悬赏五百大洋让京城五大车行捉拿凶手，刘云翔到家后跪在父亲灵堂前，周玉琴也发誓要找到凶手，刘云翔要将灵堂搬回家中，周叔答应让他搬。刘云翔要悬赏一千大洋寻找头盖骨，周叔答应出钱。刘云翔将他爸转到中美医院，他知道大哥王四易负责案件，两人小时候结拜过兄弟。
王四易试图加入共产党组织，他还营救过几个监狱中的俘虏。刘云翔联系上了高明远并说出暗话，周玉琴一心要当刘云翔的媳妇，她在他面前表现的很自信。地下党组织准备对刘云翔进行抓获并审问，他们还猜想可能是日本人所为。周玉琴从钱庄拿走一千大洋，高明远向周叔汇报情况，他问出了刘云翔家的住址。
草上飞带着头盖骨找到王老板，王老板得知他的来意后有些吃惊，王老板等他走后命人紧跟他。查理向刘云翔表示难过，刘昭是他最好的朋友，他介绍秘书毕晓云和刘云翔认识，刘云翔是他最好的学生，他提出要和查理老师单独谈一下。查理亲自给刘昭做的手术，刘云翔感觉到凶手的残忍，查理感觉对不起他，原本头盖骨是放在中美医院地下室的保险柜中，只有查理知道刘昭将头盖骨拿出来研究，王四易也是他告诉的。
谷田一让铁头去找草上飞，铁头是北平城的贼老大，他老母亲被日本人抓住做人质。铁头从妓院中打听到草上飞的遗迹，高明远见到了刘云翔并记住了他的车牌号。周玉琴向刘云翔说起草上飞偷走了头盖骨，她有他的消息会通知他。刘云翔看到了父亲写的日记，他一直在等他凯旋归来。
王老板向王四易说起草上飞的下落，王四易找到草上飞后向他逼问头盖骨的下落，草上飞挨打后只好交待，王四易见他要反抗时开枪将他打死。刘云翔也带人去了草上飞那里，他到后见到草上飞已经被王四易杀死。刘云翔没离开，他要留下来找证据并寻找头盖骨的下落，还要和王四易一起找，日本宪兵突然到来也要插手此事。王四易回去后将案情汇报给佐佐木，佐佐木要对刘云翔进行询问，他看出他很疲惫，佐佐木还将那块表还给刘云翔。
