复兴社特务处江城站的谭站长部署劫杀日本特务“千面媚谍”的任务，舒秀(陶宇佳 饰)将“千面媚谍”击毙，本以为大功告成，但死的只是“千面媚谍”的替身。总部特派员何成休(王一鸣 饰)带来铲除“千面媚谍”的计划，利用一名叫袁天杰(徐洪浩 饰)的中国留日学生和他的日本妻子板井樱子找到“千面媚谍”。

情报显示，板井樱子很可能是“千面媚谍”的活动替身。为保障“千面媚谍”的安全，日本情报部门派人在京都刺杀袁天杰。板井先生为掩护袁天杰被杀，袁天杰逃出，偷渡回国。

板井樱子利用她母亲曾研究的“罂粟美人”项目暗中进行细菌武器制造。袁天杰(徐洪浩 饰)到江城后，按照板井先生的临终嘱托找到武器研制专家万崇喜，在他那里住下来。“罂粟美人”的研究遇到难题，樱子准备绑架万崇喜。江城大明星姚芊芊(袁志博 饰)到陆军医院慰问伤病员，提出把受伤的万崇喜的侄子转到医疗条件较好的翁氏私立医院，那里的院长翁子安是她的好朋友。

医院里，暗中保护万崇喜的共产党员余承南被枪声引走，返回时发现万崇喜不见了。

万崇喜拒绝了樱子要他合作研制“罂粟美人”的要求，袁天杰(徐洪浩 饰)被中岛追杀，被舒秀(陶宇佳 饰)救下。袁天杰潜入翁氏医院找万崇喜的侄子了解情况，得知万崇喜把破解细菌武器的文件藏在汇乐银行保险箱里。日本特务把万崇喜的侄子劫走，搜出保险箱钥匙。

特务们从保险箱里顺利取出文件，舒秀冲出来打倒特务抢走文件。樱子以万崇喜的侄子相威逼，万崇喜答应帮助解决难题。樱子给万崇喜的侄子注射了试验剂，致其死亡，万崇喜痛悔不已。

舒秀(陶宇佳 饰)带袁天杰(徐洪浩 饰)见何成休(王一鸣 饰)，何成休安排他见被俘的日本特务齐藤千代(张晶晶 饰)。齐藤千代说板井樱子正是自己训练的特务，袁天杰不相信樱子是间谍。舒秀是潜伏在特务处内部的共产党员。共产党员老杨带来好消息，上级找专家研制出杀毒弹，但怎么运进城里是一个难题，舒秀想到利用宏义堂的水路。

舒秀找到宏义堂的少东家旱天雷(赵荀 饰)，老杨顺利把杀毒弹和技术人员叶枫接进城。旱天雷私自动船运货触犯家规，他的父亲宏义堂主韩啸虎非常生气。

何成休(王一鸣 饰)告诉袁天杰(徐洪浩 饰)，板井樱子就是“千面媚谍”的替身，如果想救板井樱子就要找出“千面媚谍”，袁天杰救妻心切，答应进入训练营。袁天杰的同学、现已成为日本特务的原塚俊一起到樱花会馆见板井樱子，当樱子摘下黑色面纱时，出现的竟然是大明星姚芊芊(袁志博 饰)的面孔。

姚芊芊被两个日本醉鬼强行拉去陪酒，余承南救下她。袁天杰的训练结束，何成休决定由舒秀(陶宇佳 饰)领导其展开查找“千面媚谍”的任务。

袁天杰(徐洪浩 饰)到剧场应聘做演员，姚芊芊(袁志博 饰)见到丈夫不露声色，袁天杰却根本没想到姚芊芊就是自己苦苦寻觅的爱妻。政府沈要员到江城完成一项重要谈判，樱子布置日本特务全力刺杀。袁天杰见到与自己同船从日本到江城的田间美惠子，她为了生计到翁氏医院做了护士。

舞会上沈要员与姚芊芊翩翩起舞，原塚俊开枪将沈要员打死。舒秀(陶宇佳 饰)和袁天杰冲到楼上，但原塚俊已经逃走，舒秀说出被打死的只是一个替身。

为打开宏义堂的水路，原塚俊挑拨过江龙(周惠林 饰)与宏义堂的关系。旱天雷(赵荀 饰)看到过江龙欺负引娣，仗义解围，过江龙怀恨在心，生出利用原塚俊灭掉宏义堂的念头。过江龙与原塚俊设计炸死韩啸虎，被舒秀(陶宇佳 饰)听到。舒秀找旱天雷报信，但韩啸虎已经带着瘦管家登船启程。

过江龙趁韩啸虎不备，用铁矛将他钉在桅杆下，点燃导火索，瘦管家拼死相救，韩啸虎情急之下只好砍断被锁的臂膀。旱天雷和舒秀赶到救走韩啸虎。

潜伏在日本领事馆的特务处特工陈亦雄带来消息，日本情报部门有一个“追风计划”要传递给“千面媚谍”。舒秀(陶宇佳 饰)等人分析情报应该藏在外滩钟楼大钟12点时所指的方向。袁天杰(徐洪浩 饰)化装去取情报，被一个修女夺走，修女正是樱子所扮。

何成休(王一鸣 饰)与舒秀分析“追风计划”可能与国民党投降派汪子琪有关。过江龙(周惠林 饰)带日本特务突袭宏义堂码头，把武器弹药运了进来。

老杨和余承南跟踪发现军火运到翁氏医院的地下仓库，舒秀(陶宇佳 饰)等人准备抢夺这批武器。余承南催促姚芊芊(袁志博 饰)出院，翁子安察觉情况有异，悄悄转移了军火。老杨等人正中原塚俊和中岛设的埋伏，舒秀与老杨认为翁氏医院有重大嫌疑。剧院和电影公司决定将林霄(侯梦莎 饰)写的小说《俗世妖姬》搬上银幕，由姚芊芊和袁天杰(徐洪浩 饰)主演。

袁天杰发现姚芊芊在发“重复”这个音时总是不准确，回忆起樱子也曾如此。

“追风计划”第二次密令到了，林霄(侯梦莎 饰)判断失误错过机会，让原塚俊拿到密令。樱子知道袁天杰(徐洪浩 饰)回国后一直在找她，决定用一个假樱子来迷惑他，再制造假樱子被打死的场景，让袁天杰终止寻找。姚芊芊(袁志博 饰)请余承南到家里吃饭，二人关系更加密切。

在排练中，袁天杰发现姚芊芊肩头的胎记与板井樱子的胎记所在位置和形状几乎一模一样，更觉得姚芊芊在很多方面与樱子相通。

“追风计划”第三道密令要来，袁天杰(徐洪浩 饰)和林霄(侯梦莎 饰)紧密盯梢，使日方传递失败。姚芊芊(袁志博 饰)生日宴会上，一名杀手向她开枪，余承南扑上去挡住子弹。假樱子出现，化了装的原塚俊开枪击毙假樱子。姚芊芊把受伤的余承南送到翁氏医院，舒秀(陶宇佳 饰)趁乱把昏迷的余承南推走。

袁天杰认为被杀的是自己的妻子。樱子原本让情报员扮成杀手，把藏有密令的子弹射入自己体内，没想到余承南挡住子弹，让她丢失了密令。

过江龙(周惠林 饰)带着日本特务将宏义堂灭门。原塚俊从沈阳带回“追风计划”的具体行动布署，陈亦雄告诉林霄(侯梦莎 饰)政府要员陈天硕要来与日本人谈判。舒秀(陶宇佳 饰)研究从余承南身上取出的子弹，发现了子弹上的摩尔斯密码，破译出密码的意思是28日。

舒秀等人商量截杀陈天硕，再让与陈天硕长相相似的余承南冒名顶替与日本领事馆接触。余承南无意中说出要去做一件大事，引起姚芊芊(袁志博 饰)的警觉。

樱子发现陈天硕是余承南所扮，谈判终止，余承南拼死逃出。余承南怀疑是舒秀(陶宇佳 饰)泄密，老杨不同意这种推测。林霄(侯梦莎 饰)以作家身份到姚芊芊(袁志博 饰)家采访，偷回一张姚芊芊的书法手迹，这让袁天杰(徐洪浩 饰)想起板井樱子。过江龙(周惠林 饰)抓住误入妓院的引娣欲施暴，被来拜访的原塚打断。

旱天雷(赵荀 饰)找到引娣，意外发现藏在这里的军火，进而听到原塚与过江龙的密谋。老杨带人开车冒充送亲车队把军火取走。

袁天杰(徐洪浩 饰)给导演带来一个“为情盲目”的剧本，为的是试探姚芊芊(袁志博 饰)。袁天杰对姚芊芊展开火热追求，姚芊芊有所触动，袁天杰越来越觉得姚芊芊像板井樱子。春节来临，樱子和原塚准备利用舞狮会上市长给市民拜年的机会刺杀市长。

林霄(侯梦莎 饰)发现绣球上有反光，怀疑绣球里有爆炸装置。混乱中原塚扔出手榴弹，被袁天杰踢了回去，把原塚炸伤。

原塚受伤逃到引娣的小院外，求引娣送他到翁氏医院救治，善良的引娣照做，没想到给自己惹来杀身大祸。原塚让翁子安找过江龙(周惠林 饰)把引娣处理掉，过江龙把引娣卖到妓院。陈亦雄查到翁子安曾是日本著名外科整容教授中木的学生，舒秀(陶宇佳 饰)等人分析翁子安在日本特务机构的位置以及他与“千面媚谍”的关系，姚芊芊(袁志博 饰)的身份更加可疑。

樱子让原塚和中岛制造爆炸，带来社会混乱。姚芊芊(袁志博 饰)不再与剧院续约，袁天杰(徐洪浩 饰)去看望姚芊芊，姚芊芊说得了癌症，舒秀(陶宇佳 饰)等人搞不清敌人又要搞什么阴谋。老杨考虑余承南与姚芊芊的关系，结束了余承南在图书馆的工作，余承南有些不高兴。

大家对比姚芊芊在华星演艺班的照片和现在的样子，觉得其中大有文章。

樱子让原塚制造爆炸，迷惑警方，准备抢劫青浦金库。袁天杰(徐洪浩 饰)尾随翁子安来到青浦金库，单枪匹马与之对打，巧妙拖延时间，危急时刻舒秀(陶宇佳 饰)等人及时赶到，救下袁天杰，抓住翁子安。余承南被姚芊芊(袁志博 饰)和原塚用枪顶住，姚芊芊告诉余承南自己就是“千面媚谍”，余承南追悔莫及。

翁子安说出是他把樱子整容成现在姚芊芊的面孔，袁天杰愣住。

卢沟桥事变爆发，樱子又潜入南京，让原塚去接日本特使秋岛竹。谭站长命令舒秀(陶宇佳 饰)找到秋岛竹在中国的私生女田间美惠子。袁天杰(徐洪浩 饰)看到美惠子的照片，回想起这正是从日本回国时同船而归的那个女孩。这次日本人想用她来牵制秋岛竹与投降派汪子琪的谈判。

军统特工抓到美惠子，袁天杰和林霄(侯梦莎 饰)把美惠子救下藏了起来。

何成休(王一鸣 饰)化装成茶社伙计击毙秋岛竹，破坏了日本人与汪子琪的谈判。余承南禁不住威逼利诱屈服，供出袁天杰(徐洪浩 饰)是国民党复兴社特务处的特工，樱子气愤万分。因为袁天杰和林霄(侯梦莎 饰)私自放走美惠子，特务处认为他们不忠诚，调他们去执行任务，同时命令苍风处死袁天杰和林霄，舒秀(陶宇佳 饰)等人赶到，将二人救出重围。

何成休(王一鸣 饰)为消灭“千面媚谍”再次来到江城。原塚任命过江龙(周惠林 饰)为维持会会长，老杨等人商量破坏任命大会。袁天杰(徐洪浩 饰)见到身穿日本军装的姚芊芊(袁志博 饰)，脑子异常混乱，他知道这个人就是自己苦苦寻找的妻子，可她已经完全失去人性的纯洁与善良。

中岛带日本兵追来，旱天雷(赵荀 饰)躲入妓院，被引娣藏入柜中。

旱天雷(赵荀 饰)和引娣一起杀掉过江龙(周惠林 饰)，报了杀父之仇。樱子命令原塚找地方建立慰安所，原塚经过考察找到山清水秀的道家之地清宁观。引娣怕自己给大家添麻烦，一个人到清宁观想出家当道姑。日本兵在中岛的率领下冲进清宁观，众道姑宁死不做慰安妇，被残忍杀害，引娣只身逃了出来。

原塚在抓中国妇女时发现美惠子。土蜂冒充从日本人那里逃跑的劳工被老杨救下。

土蜂跟踪旱天雷(赵荀 饰)找到废弃工厂，樱子、原塚带兵袭击废弃工厂，引娣被抓走，袁天杰(徐洪浩 饰)被原塚开枪击中胸部。袁天杰被樱子送进日军医院，醒来的袁天杰装成不知道面前的人就是他的妻子，大叫是姚芊芊(袁志博 饰)杀死了樱子，樱子告诉袁天杰自己才是真正的樱子。

袁天杰假装是被迫与军统的人在一起，樱子对袁天杰的话半信半疑。

土蜂返回劳工队送出假消息，老杨和舒秀(陶宇佳 饰)准备突袭日军仓库。仓库的门突然关闭，舒秀意识到中了敌人的圈套，危急关头何成休(王一鸣 饰)带人出现，强行打开仓库门救出众人。何成休把对老宋（土蜂）的怀疑告诉舒秀。原塚和中岛前来偷袭却中计被抓住，樱子只得用袁天杰(徐洪浩 饰)交换原塚和中岛。

为搞清日军的飞鱼计划，组织决定让袁天杰(徐洪浩 饰)再次回到樱子身边。樱子让军医给袁天杰注射“玫瑰4号”，这是一种令人上瘾的毒品。原塚在袁天杰身上捆了炸药，试探共产党敢不敢开枪，这一手确实让老杨很为难。关键时刻林霄(侯梦莎 饰)发现炸药是假的，马上开枪射击，配合袁天杰把戏做足。

旱天雷(赵荀 饰)受伤被俘，樱子命袁天杰(徐洪浩 饰)开枪打死旱天雷，在旱天雷的催促下，袁天杰朝他的胸部开了一枪。舒秀(陶宇佳 饰)从中岛手中抢回旱天雷，设计将他送到日军医院治疗。樱子要将被杀的日本军官浦田风光大葬，老杨等人决定毁尸警告。舒秀掀开棺盖，没想到里面竟躺着土蜂，舒秀被抓走。

樱子告诉舒秀(陶宇佳 饰)，土蜂就是她曾经的战友余承南，舒秀严厉斥责余承南。袁天杰(徐洪浩 饰)借去牢房劝降的机会把刀片塞在舒秀手中。樱子为浦田举行葬礼，用舒秀做祭品。袁天杰有意拖延时间，给舒秀创造用刀片割断绳子的机会，舒秀被救出。

林霄(侯梦莎 饰)等人潜入医院偷出“玫瑰4号”药液样品，由何成休(王一鸣 饰)找人制出解毒药。袁天杰利用美惠子传出日军在宁海船厂修理军舰的情报。

旱天雷(赵荀 饰)与引娣结婚后悄悄离开，混入修船工人的队伍。樱子让袁天杰(徐洪浩 饰)负责排练话剧《美丽帝国》，袁天杰强忍厌恶忍辱负重。美惠子与原塚相互慰藉，感情迅速升温。《美丽帝国》演出在即，舒秀(陶宇佳 饰)等人计划在剧场刺杀“千面媚谍”板井樱子。

就在舒秀开枪射击时，袁天杰突然毒瘾发作歪倒在樱子身上，子弹只打中樱子的胳膊。原塚重伤而死，临死前叮嘱樱子不能信任袁天杰。

原塚的死令美惠子痛苦万分，决定去做慰安妇。舒秀(陶宇佳 饰)、老杨引走守卫袁天杰(徐洪浩 饰)的日本兵，林霄(侯梦莎 饰)潜入紫云别墅，把解毒药交给袁天杰。旱天雷(赵荀 饰)和工友们挖地道突破被封锁的船厂。地道终于挖通，旱天雷回来汇报情况，得知自己要当父亲了。

凌晨，旱天雷返回造船厂，组织工友为沉舰做准备。

林霄(侯梦莎 饰)潜入紫云别墅给袁天杰(徐洪浩 饰)送药，听到举行“飞鱼号”下水仪式的消息，老杨紧急部署，争取在仪式上里应外合抓住樱子。仪式开始，樱子等人兴奋之际，“飞鱼号”却轰然爆炸。樱子逃走。旱天雷(赵荀 饰)掩护工友们从地道撤退，受伤被抓，舒秀(陶宇佳 饰)去救人也被抓住。

老杨带人劫囚车，袁天杰冲上去抢出舒秀，老杨中弹牺牲，旱天雷为救同志被炸死。

何成休(王一鸣 饰)和林霄(侯梦莎 饰)向大家讲出自己的真实身份是共产党员，解释了以前没有暴露身份的原因，大家也知道了林霄是一位从苏联回来的武器方面的专家。大家一致同意由何成休同志继续领导大家同敌人战斗。怀孕的引娣生病急需盘尼西林，袁天杰(徐洪浩 饰)和林霄去日军医院偷药，意外发现叛徒余承南（土蜂）还活着。

可当他们返回准备杀死余承南时，病床上的人竟换成了中岛，袁天杰受伤被捕。日军情报部门的野川雄少将到了江城。

野川雄告诉樱子这次来江城是要找到一位名叫“丽莎”的武器专家，帮助研制日本一直没有研制成功的特殊武器4S-90，野川雄要找的武器专家正是林霄(侯梦莎 饰)。何成休(王一鸣 饰)计划绑架野川雄换回袁天杰(徐洪浩 饰)，被樱子察觉。何成休等人冲入，却陷入包围。

林霄被抓，义正严辞地回绝了野川雄的劝降。樱子告诉美惠子她的父亲秋岛竹是被袁天杰所杀，设计让美惠子利用袁天杰的善良打入共产党内部。

林霄(侯梦莎 饰)见到当年在苏联的同学李含(史冰 饰)，李含实际上是日本派到苏联窃取情报的间谍，真名武藤含。美惠子将袁天杰(徐洪浩 饰)等人的藏身地点告诉中岛。引娣马上要分娩，遇到樱子和中岛带日本兵来袭，引娣生下孩子，却不幸中弹牺牲。美惠子偷走引娣的孩子交给樱子，樱子用狼狗咬孩子威胁林霄，林霄含泪假装屈服。

林霄(侯梦莎 饰)暗示武藤含可以在4S-90上设置密码。为了贪功将其占为己有，武藤含动了心思。林霄暗中用实验用的腐蚀剂浸泡自己手腕上的手铐，导致手臂被药水腐蚀。袁天杰(徐洪浩 饰)发现旱天雷(赵荀 饰)的孩子的踪迹，打死守卫日军抢回孩子。林霄砸断己腐蚀变脆的手铐，劫持武藤含逃走，但因受伤的手臂不便行动失败。

何成休(王一鸣 饰)和舒秀(陶宇佳 饰)跟踪材料车找到4S-90的秘密研制点——山洞。林霄的手臂溃烂得太厉害，野川雄下令给林霄做截肢手术。

研制工作基本完成，4S- 90被送到野川雄处，林霄(侯梦莎 饰)告诉野川雄这枚4S90被武藤含设置了密码，没有他启动不了，气得野川雄大骂。袁天杰(徐洪浩 饰)等人打进日军的研制工厂，活捉武藤含，炸毁了这个罪恶的工厂。何成休(王一鸣 饰)提出用武藤含交换林霄，交换时双方枪战，混乱中林霄亲手击毙武藤含，绝望的樱子击伤林霄又刺死舒秀(陶宇佳 饰)，忍着伤痛逃走，袁天杰不顾自己受伤紧追上去，亲手将这个恶魔妻子击毙。