裴文中是我國著名的古脊椎動物學家和古人類學家。他一生為我國的古生物學、古人類學及考古學方麵的研究，作出了震驚世界的卓越貢獻。
劃時代的發現一、“北京人”
裴文中的第一個傑出貢獻，是1929年12月2日在北京周口店龍骨山挖掘出一個完整的“北京中國猿人”(俗稱“北京人”)頭蓋骨。這一成就，被專家們稱為“劃時代的發現”。
由於人類頭骨化石最能體現一定發展階段上的古人類形態特征、體質發展水平，所以，世界上所有人類學工作者，都為能找到一個完整的人類頭骨化石，而不斷地探索著。
1928年底，周口店龍骨山的挖掘工作碰上了堅硬的石層。同時，又由於當時的政府對科學不重視，采掘經費十分緊張。一些人對挖掘工作失去了信心，認為石層下不會有什麼化石。但裴文中憑著對科學的執著追求，帶領工人用鋼釺、鐵錘、炸藥，繼續挖著。
1929年，有威望的國內外學者先後離開周口店，去西北、華北等地考察研究。全麵負責開掘周口店的工作落在年輕的裴文中肩上。
成功永遠屬於勇敢攀登的人。周口店的挖掘工作在艱難困苦中戰勝了堅硬的石層之後，又露出了比較鬆軟的土石層，漸漸出現了化石。繼1927年，1929年發現了更多的動物化石和“北京人”的牙齒和頭骨碎片。這說明人類祖先的確在龍骨山附近住過。裴文中決心找到更有價值的北京猿人化石。
11月底，一場大雪過後，天氣更加寒冷。這時，在北裂縫與主洞相交處，露出了一個小洞，洞口的裂縫隻能容一個人進出。為了探明情況，裴文中顧不得洞的深淺，親自下去探查。他腰裏係了根繩子，由洞上的工人拉著，懸空而下。到洞裏一看，嗬！有這麼多動物化石！裴文中高興極了。
1929年12月2日下午4點左右，在主洞偏北的下洞附近，一件奇特的東西映入裴文中眼簾。過來一看，他情不自禁地喊道：“是猿人！”在場的工人都圍過來，果然是大家朝思暮想的猿人頭蓋骨。撥去上麵的鬆土，露出頭蓋骨的頂部。頭骨一半埋在鬆土裏，一半卡在硬土裏。
冬季天短，還不到五點鍾，已是暮色蒼茫。北風灌洞，寒氣襲人。裴文中與工人們在12米深的洞穴中，點著蠟燭，手持鐵錘和鑿子，小心翼翼地挖著。雖然天氣寒冷，但裴文中由於緊張的工作，反而渾身發熱，頭上冒汗。天色更黑了，他使用撬棍想把頭骨撬出來，結果頭骨的一部分被震碎了，他懊悔極了。但這卻使他知道了這個猿人頭骨有10毫米多厚，比現代人的頭骨厚得多。頭骨終於被挖掘出來，50萬年前人類祖先的頭蓋骨重見天日了。這時的裴文中還不到26歲。
這一偉大的發現，震動了全國、全世界學術界。它為“從猿到人”學說的確立，提供了重要依據。使得過去關於猿與人之間存在一種過渡類型的預言，得到了有力的證明。把當時古人類學的研究，大大向前推進了一步。從此，西方所謂中國沒有新石器曆史階段的論斷，被徹底推翻了。
由於他們精心的工作，從猿人洞內發現了約代表40多個個體的“北京人”化石，數以萬計的石器，大量的用火證據，以及近百種哺乳動物化石。
二、“山頂洞人”
裴文中及其同事在周口店發掘工作中的又一重大貢獻，是發現了“山頂洞人”。1930年，在“北京猿人之家”靠近西端向南伸展的一個大裂縫的最高處，發現了比北京猿人晚得多、距今隻有18000年的人類寄居地——山頂洞。1933～1934年集中力量係統開掘。從洞中挖出許多零碎的東西：單個的牙齒，牙根很短，完全與猿人的不同；破碎的頭骨很薄，也與猿人頭骨大不一樣。所有的化石都與含猿人層中得到的完全不同。因而，裴文中很有把握地認定，山頂洞是舊石器後期人類的寄居地。從頭骨和其他骨化石看，山頂洞人跟現代人在體質上已沒有大的區別。洞內發現的青魚化石表明，山頂洞人已能夠捕捉約2尺長的大魚作為食物，他們的食譜較前又擴大了。另外，還發現了大量用作裝飾品的石器、穿孔的牙、鳥的骨管、穿孔的小礫石和石珠等隨葬品。
山頂洞人及其文化的發現，不僅使人類發展史上的“新人階段”在中國有了代表者，而且對於對比研究代表直立人階段的北京猿人，也具有直接的、不容忽視的重要意義。在開掘方法上，也是裴文中最滿意的。他曾說，開掘山頂洞的工作，是他在周口店7年時間裏所做的“最精密、記錄最詳的工作”。