钱汉光趁乱从教堂内消失，佐佐木严刑审问亨利，亨利表示不知头盖骨下落。次日，谷田一质问毕晓云佐佐木的下落，毕晓云拒绝回答并向谷田一担保佐佐木只要找到头盖骨最后一定会交给日本帝国，但条件是放她和佐佐木离开天津。
卓文祥和赵亮在钱汉光的住所外蹲点，闲聊中赵亮不相信刘云翔会叛变，表示佩服刘是真正的男人。周玉琴为寻找刘云翔从天津地下党组织处翻墙逃出。梅芳、王四易此时也来到天津，听说刘云翔可能叛变，大为惊讶。刘云翔伪装成乞丐在街上游荡，遇到一个特务过来轰人，不想被梅芳、王四易看到。谷田一与佐佐木见面，两人达成合作，共同寻找头盖骨。
周玉琴找到荣升镖局总镖头方志伟，求二叔帮助寻找刘云翔。梅芳回到家中与母亲张彩玉同住。卓文祥找不到周玉琴和赵亮，决定更换联络站地址。王四易表示刘云翔已经叛变，向廖南声要求处决刘云翔并要亲自执行这次任务。梅芳追问，王四易表示揽下任务是为把云翔安全带回。
刘云翔找到钱汉光的徒弟曲天浩，推测出钱汉光可能藏身在德国领事馆。亨利顶不住佐佐木严刑逼供，交代出头盖骨被钱汉光存进了德国银行的保险柜里，别人无法取出。而钱汉光可能会向德国领事馆求助。佐佐木为避免谷田抢功，决定不用外交手段、而是找到能打开保险柜的人，逼他交出头盖骨。钱汉光以十万马克为交易，请领事威廉帮助拿出德国银行的保险箱。
刘云翔施计住进德国领事馆，与钱汉光成为室友。代号鸽子的地下党把刘云翔的行动传给兰香。谷田一枪杀德国银行的经理霍姆斯，却仍找不到打开保险柜的钥匙，于是谷田一欲用亨利的尸体引钱汉光出现。中共地下党廖南声派梅芳去德国银行探查情况，另外怀疑王四易已经叛变日本人，想设局试探。
刘云翔终于取得钱汉光的信任，并得知真实头盖骨所在。刘云翔挟持德国领事威廉，欲放走钱汉光换回亨利。经过激烈枪战，钱汉光中弹牺牲，刘云翔坐上王四易的车，顺利逃脱。梅芳在探查德国银行时被佐佐木盯上。谷田一与威廉欲打开钱汉光在德国银行的保险箱，几番折腾下来都无果。刘云翔对廖南声指出王四易是三面间谍，他已叛变于日本人，廖不动声色，把王四易引上车。
刘云翔三人在钱汉光父亲坟墓中找到钥匙，王四易这时露出他的真实身份——日本间谍“螳螂”。王四易承认是他杀死刘父、高明远等人，原因是被刘云翔步步紧逼。梅芳从墓碑后走出，王四易大受刺激挟持梅芳，但刘云翔趁王四易不备时，击中其胳膊救出梅芳。王四易跑入墓地深处仓皇逃走。原来此局是刘云翔所设，王四易拿到的钥匙是假造的。
王四易在荣升镖局门口与刘云翔一行人狭路相逢，情急之下他劫持了玉琴。此时又遇日本宪兵队前来围剿，中共地下党方志伟舍身抵抗，这才让玉琴和刘云翔等人逃脱。玉琴无法接受大哥王四易是汉奸，并且会不顾骨肉亲情用枪劫持自己。
梅芳回到天津的家里，并力劝父母马上转移，遭到父亲梅华锋拒绝。毕晓云带着日本人也来到梅府问话，梅父的朋友、黑山组头领大久保前来解围。
中共地下党卓文玉被捕，谷田一对其严刑逼供。佐佐木发现河野没有被天皇问责，推测进献头盖骨失败责任要由自己担负。佐佐木最后认定只想完成两件事：找到头盖骨和杀掉刘云翔。
卓文玉抵不住严刑拷打而招供，谷田一通过卓找到天津地下交通站，欲活捉刘云翔。刘云翔、周玉琴顺利逃脱了谷田一的追捕，卓文祥和兰香在撤离过程中受伤，二人引爆手榴弹与敌人同归于尽。
幸运逃脱日本人魔爪的众人来到梅家别院躲避。河野从东京归来，传达上级指示：一，必须找到头盖骨。二，佐佐木已经被军事法庭判处死刑，务必要抓到。三，五天之内抓获刘云翔等人。王四易从毕晓云处得知保险柜钥匙是假的，大怒，求毕晓云给自己最后一次机会，杀了刘云翔和梅芳。刘、梅、周三人定下取头盖骨计划，约定在梅家会合。
河野逼威廉交出钥匙不得，派人封锁德租界、包围德国银行。大久保向梅华锋提出用渤海商行交换梅家一家安全的条件。王四易来到渤海商行，以梅芳朋友的身份欲截住梅华锋，幸好刘云翔及时赶到，枪战后王四易逃跑。
宪兵队在德国银行拉起警戒线，周玉琴和梅芳被宪兵怀疑，紧急时刻赵亮出现，带二人逃脱。
刘云翔带梅华锋回到“最危险也是最安全的”梅府，借用梅府电台发报。王四易猜到刘云翔的计划，把佐佐木带到梅府。刘云翔和梅华锋被捕。中共电台迅速回复，佐佐木以梅华锋性命威胁刘云翔翻译电报。原来佐佐木盗取了德国银行所有钥匙，只差钱汉光的钥匙。
梅华锋的仆人老米到梅府寻找梅华锋，把佐佐木打伤，并表示了自己的地下党身份。王四易挟持梅芳，刘云翔只好交出钥匙。周玉琴和赵亮为搞到德国银行的工作证，二人到德国银行职员家中恳求，对方带二人去找能进保险库的经理，对方要求一万块钱，玉琴答应。
毕晓云发现德国银行的钥匙中少了第27把，认定这是钱汉光的保险箱。威廉对河野妥协，同意次日派人打开第27号保险箱。佐佐木等人再无利用价值，河野命令犬养干掉佐佐木。刘云翔化身梅华锋的律师，与梅一起与大久保签约，转让渤海集团。条件是取出渤海集团放在德国银行的文件。大久保答应，把二人化妆成手下带进德国银行。
次日，老米没能挡住赵亮和周玉琴，两人化身员工进入银行。大久保亦带刘云翔、梅华锋进入。梅华锋以董事身份带众人进入保险库，刘云翔取出一大摞合同拖住大久保。此时河野破门而入，赵亮在与日本人战斗中牺牲。刘云翔挟持大久保进入保险库，拿到头盖骨后梅华锋带大家从暗道逃脱。佐佐木早知有暗道，与毕晓云堵在暗道出口。混战中梅华锋为梅芳挡子弹身亡，同时王四易、谷田一、毕晓云都一个个在枪战中死去。最后周玉琴也中弹，她临死时将刘云翔托付给梅芳并祝福二人。佐佐木疯狂用冲锋枪扫射，他得到保险箱，但不想保险箱忽然爆炸……
其实梅芳早已将保险箱调换位置，一个月后，梅芳从银行取出头盖骨，交给上级。
佐佐木剖腹自尽，临终前说出：“头盖骨是属于中国的，我们永远都拿不到”。
负责运送头盖骨离开的同志所乘坐的轮船被日本截获了，头盖骨再次失踪。上级命令刘云翔和梅芳继续寻找北京人头盖骨的下落……
