1937年，上海，欧阳剑平(刘琳 饰)前来与中共地下党冯先生(马昌钰 饰)接头。冯先生交给欧阳剑平一项重要任务，在上海组织秘密特工组，与日特展开斗争。欧阳剑平迎接来自德国墨尼黑通讯学院访问学者、密码专家高寒(王丽坤 饰)，她们两家是世交。曾任国民政府驻东京领事馆武官马云飞(于震 饰)在回上海的火车上，相识了一个美貌女子，他识破这个女人就是来上海日军宪兵司令部就任特高课课长的酒井美惠子(原华 饰)。

马云飞与欧阳剑平等人回合了，马云飞与高寒是过去的情人。他们去“百乐门”等候小组另一成员、来自英国考文垂机械厂的工程师、爆破专家李智博(施京明 饰)，却与酒井再次遭遇。

李智博(施京明 饰)一到上海即落入日特手中，他被关押在日本商船“野川丸”上，他随身携带“爱格玛”密码机的部件。欧阳剑平(刘琳 饰)觉得只能靠另一个人才能将李智博营救出来，此人就是原南京卫戊司令部副官何坚(淳于珊珊 饰)，人称“百变神偷”。酒井招来了助手，隐藏在南京的女间谍竹内云子(高露 饰)，命令她引诱南京政府高层人员，竹内云子已瞄准的目标则是汪精卫的机要秘书黄浚和他的儿子。

马云飞(于震 饰)和何坚潜游上了“野川丸”，将李智博营救出来。何坚从保险箱盗取密码机时，引起敌人的注意，马云飞开枪将敌人吸引到自己身边。

虽然何坚(淳于珊珊 饰)和李智博(施京明 饰)脱险了，马云飞(于震 饰)还是落到酒井手里。酒井决定处死马云飞时，何坚从水底解开了马云飞的绳索。五号特工组成员全部到位，他们有着体面的社会身份。当时的政治形势是国共实行了第二次合作，这个组织的宗旨是一切为了抗日。

竹内云子(高露 饰)返回南京，她化名廖雅权，在国防部招待所打工，她被黄浚的儿子黄晟纠缠。蒋介石(傅子明 饰)下令封锁长江江阴要塞，这个情报到了竹内云子手中，用密码通知长江上所有的日本舰船逃至公海。这份情报被密码专家高寒(王丽坤 饰)破译，欧阳剑平(刘琳 饰)和马云飞星夜赶往南京。

欧阳剑平(刘琳 饰)与马云飞(于震 饰)赶赴南京，通过马云飞用飞镖将情报“投递”到了蒋介石(傅子明 饰)的行宫。情报来迟了，长江上的日本舰船全部逃离，这件事使欧阳剑平意识到南京政府高层出了问题。马云飞在招待所已注意上了女招待廖雅权，暗自把这个女招待和自己追踪了3年的女间谍竹内云子(高露 饰)联系起来，但一时又没有证据。

戴笠(潘军 饰)派老于找到了特工组，希望“收编”，但他们婉言谢绝了。蒋介石决定到上海前线督战，又险些遭到日军飞机的谋杀，这个情报是黄浚传递给竹内云子的。

相继两次的泄密都不出二十四小时，表明在国民政府高层隐藏着奸细。五号特工组调来了参加军事会议的档案，他们注意到黄浚有可疑之处。廖雅权和日本大使在玄武湖接头，黄浚也来了，这个情况被欧阳和马云飞(于震 饰)拍下了。一个杀手翻进了马云飞的房间，对他连开三枪。

凶杀案引起轰动，竹内云子(高露 饰)也送了一口气，可是她却不知道她的阴谋早在五号特工组的预料之中。欧阳剑平(刘琳 饰)故意让戴笠(潘军 饰)放出“明天委员长要去中央大学演讲”的假情报，以诱捕竹内云子。证据确凿，三个地点同时展开了对竹内云子、黄浚、黄晟的抓捕行动。

上海沦陷。

酒井带领一个行动小组潜伏南京，营救即将被判死刑的竹内云子(高露 饰)越狱。欧阳剑平(刘琳 饰)也因为出任军事法庭证人到达了南京，欧阳剑平似乎看到了酒井的身影，尽管后者化装成一个村妇。欧阳及时通知了老于，他们还是晚了一步，酒井买通了监狱看守，将竹内云子营救出来。

竹内云子转移到了上海，隐居在发租界。通过日本友人中西平的关系，特工组掌握了竹内云子的生活习惯，爱喝圣代咖啡。高寒(王丽坤 饰)发现一个小保姆要买那种牌子的咖啡，她紧跟不舍，找到竹内云子的隐居地。

特工组找到了竹内云子(高露 饰)，在她被转移的前一刻将她击毙。震惊世界的“南京大屠杀”发生了，日寇将当时在南京的一批外国记者秘密押送到上海。欧阳剑平(刘琳 饰)的旧友、国防部参谋王铁生冒死将这一重要情报送给中共地下党冯先生(马昌钰 饰)，要求尽快找到约瑟夫的奥地利记者。

欧阳剑平了解到这批记者的关押点是一个郊外学校，约瑟夫却一时不能相信他们，持不合作态度，幸亏王铁生的遗物——一支钢笔，解除了疑团。由于约瑟夫提供了证据，日寇不得不将这批记者释放。约瑟夫却潜回了南京，为了拿出自己拍下记录日寇暴行的胶卷。

酒井在教堂截住了马云飞(于震 饰)，却没有留心隐藏的何坚(淳于珊珊 饰)，经过一场枪战，他们终于脱险，约瑟夫还是牺牲了。日寇在南京的暴行在全世界曝光，引起愤怒与谴责。汪精卫已经公开投敌，马云飞想通过中西平了解情况，他们在接头的咖啡馆内突然遇见可酒井的突击检查。

中西平巧妙地马云飞换装，以掩护其脱身。当马云飞从后窗跳出时，遇见设伏的敌人。眼看马云飞要遭到毒手，他身后传来一枪，将敌人击毙，马云飞趁机逃脱。

为了刺杀汪精卫，戴笠(潘军 饰)亲自部署，让老于来上海和汪精卫集团的傅仁宗联系，希望取得他的内应。傅仁宗当面答应，暗中却将老于出卖。当老于的人准备动手之际，却遭到暗算，几乎全军覆没。戴笠密令老于立即除掉傅仁宗，老于找马云飞(于震 饰)联系，遭到拒绝。

欧阳剑平(刘琳 饰)从冯先生(马昌钰 饰)那里得知傅仁宗手里有一份杀害进步人士的黑名单，上级指示拿到这份名单，并将傅仁宗除掉。报仇心切的老于提前单独行动，不仅没有得手，反而惊动了傅仁宗。冯先生让马云飞化装成理发师深入傅仁宗家单独行动。

就在马云飞(于震 饰)即将得手之际，意外地遇见前来护送傅仁宗出席宴会的齐冠雄(王千源 饰)，最后马云飞机智脱险，但他的任务却没有完成。傅仁宗反而更加谨慎了，几天后他得病了。欧阳剑平(刘琳 饰)决定让高寒(王丽坤 饰)化装成上门打针的护士，但她却没有胆量去完成任务。

高寒去看望同学、记者韩青，她们分手之后，韩青就遭到齐冠雄的暗杀，血腥的现实使高寒有了勇气，前去傅仁宗家执行任务。特工组截获了去傅家的医生和护士，由李智博(施京明 饰)和高寒化装同行，傅家警卫却将李智博拦在门外。

何坚(淳于珊珊 饰)通过犹太人汉斯打听到了托马斯下落。托马斯被汉斯秘密藏在自己家的暗室，汉斯开始却不肯承认，高寒(王丽坤 饰)利用红十字协会的玛尔娜教授来说服汉斯，还是没有效果。酒井也展开部署，对上海犹太人定居点进行全面清查。眼看托马斯就要暴露，却被何坚机智地将敌人调开，这件事情赢得汉斯对他们的信任。

何坚将托马斯藏在粪车内运出犹太人定居点，还是被便衣发现了，托马斯落到了敌人手里。

李智博(施京明 饰)的计策是让玛尔娜教授去医院探视托马斯，并随口说出他的真实身份，果然酒井中计了。日本人担心出面会使德、日关系搞僵，就让齐冠雄(王千源 饰)的人来动手，他们计划在格尔押送托马斯去机场的路上，将其截住，将其截住。这个消息被冯先生(马昌钰 饰)安插在76号的卧底阿强得知，五号特工组再次将托马斯营救出来。

五号特工组将托马斯化装成一名美国海员，秘密送往重庆。就在美国商船即将起锚时，酒井和格尔强行登船检查，托马斯想跳水自杀，还是被敌人抓住。

就在托马斯登山飞机的瞬间，马云飞(于震 饰)含泪将其射死，托马斯的脸上却露出微笑。事后他们知道原来这是托马斯“最后的请求”，他已告诉马云飞，如再遭不测，就开枪将他杀死，他不想落入希特勒的魔掌。新四军组建之初，最大的困难就是药品。

叶挺将军派人找冯先生(马昌钰 饰)，冯先生将任务将给了欧阳剑平(刘琳 饰)。马云飞在火车认识经营药品的肖老板，他登门求助，遭到了拒绝。一个电话使马云飞得知肖老板正和76号特务头目齐冠雄(王千源 饰)做药品生意，发国难财。

五号特工组以此要求齐冠雄(王千源 饰)组织这批药品，并护送出吴淞口，齐冠雄不得不屈从。狡猾的齐冠雄却耍了花招，致使装有药品的船只在江上失火，引起日军巡逻舰的注意，药品落入日特机关手中。酒井想找到药品的主人，故意让齐贯雄引五号特工组上钩，企图将他们一网打尽，这个消息又被卧底阿强偷听到。

马云飞(于震 饰)等人劫持了日军的巡逻车，化妆成日军宪兵，闯入海军陆战队营地，从日特手里将药品夺回，并将计就计地利用齐冠雄闯过检查关口，并准备进行空运。就在他们混进机场时，酒井发现药品被窃，立即封锁了所有交通要道。

马云飞(于震 饰)等人利用齐冠雄(王千源 饰)混进了机场，并很快截获了一架敌机。就在药品装卸完毕时，机场顿时警报四起，敌人的追兵也纷纷赶来。齐冠雄趁机逃脱，被马云飞击毙，但他本人也负伤，落下了即将起飞的飞机。经过一场激战，马云飞还是被战友拉上了飞机，然后，他们将药品空投到了皖南新四军的营地…… 几个月后，军统人员老于再次来到了上海。

他此行的目的，是希望五号特工组替他办一件大事，就是要盗取日军第九师团的第二次长沙会战作战计划。因为，师团长渡边将军要来上海养病，这是一个机会。渡边很快就来了，随从还有一个森村副官(高露 饰)。装有作战计划的公文包被此人用手铐铐在手上，要得到几乎是不可能。

五号特工组一开始也不想插手这件事，可是老于却披露了一个重要情报——日军要在会战中使用细菌武器！这样一来，他们就不能不过问了！

就在这时，高寒(王丽坤 饰)发现了一封发往日军宪兵司令部的明码电报，上面说有一个围棋国手宫平一郎七段要来上海，目的是陪爱好围棋的渡边消遣。更不可思议的是，马云飞(于震 饰)见过这个宫平，认为他与何坚(淳于珊珊 饰)的模样十分相象。于是，他们作出了一个大胆的决定，偷梁换柱。

他们先在车站截住了宫平一郎，继之让何坚冒名顶替，马云飞陪同前往，以便接近渡边，寻机下手，将作战计划拍摄下来。可是，何坚却不能接受，他一不懂日语，二不会围棋，所以就趁机逃跑了。马云飞在火车上抓住了何坚，欧阳剑平(刘琳 饰)一气之下要撵何坚滚蛋，何坚感到羞愧…… 几天后，假扮宫平太郎(淳于珊珊 饰)的何坚和马云飞被日军接走了。

他们和渡边与松本相见，却引起了那位森村副官(高露 饰)的注意——原来，她就是当初没有被马云飞击毙的竹内云子(高露 饰)！这个意外的情况，使局势顷刻间紧张起来！

当夜，在接风的晚宴上，森村副官(高露 饰)还原成了女装，她就是没有被击毙的竹内云子(高露 饰)！马云飞(于震 饰)大吃一惊，如果不是高寒(王丽坤 饰)的易容术，他就暴露无疑了。马云飞短暂的失态没有躲过森村的眼光，她回想起自己当年在上海的遭遇，总觉得眼前这个男人眼熟。

森村的真实身份也很快被家中的欧阳剑平(刘琳 饰)识破，她和冯先生(马昌钰 饰)都非常担心马云飞的安全。而高寒更是要求取消这次行动，欧阳在犹豫之中…… 接着，第一次的对弈开始了。何坚(淳于珊珊 饰)假装从容应付，但没有和渡边过上几招，就显得不利了。

马云飞及时制造了断电事故，才勉强遮掩过去。更严重的是，酒井也赶来了。她和森村副官见面，两人都感慨万千，过去的隔阂依旧没有消除，反倒加重了。马云飞说服了欧阳剑平，坚持要把任务继续完成。而这个时候，森村也在暗中对他们进行了调查。

双方的较量升级了。

酒井的加入，让马云飞(于震 饰)更加不安。他利用酒井和森村户外交谈的间隙，把渡边调来与何坚(淳于珊珊 饰)对弈，自己则再次准备动手窃取机密。但警觉的森村还是先一步赶回了，让马云飞无法动手。他们之间再次进行的试探，森村对自己的怀疑似乎更加有了把握。

而这边，渡边和何坚的对弈也陷入到了尴尬局面。何坚不敢继续交手，情急之中，他巧妙地利用随身带来的那只猫将棋局搅乱，这才摆脱了困境。两次没有下成的棋也引起了渡边的猜测。对此，马云飞又使出了新招。他建议让何坚与渡边和松本同时下棋，实际上是“以子之矛，攻子之盾”。

这一招果然灵验，何坚轻松过关。但是，森村的怀疑却并没有因此打消。她反而趁马云飞不备，摘下了他的眼罩，接着就是大吃一惊——马云飞是独眼！森村一下糊涂了！那天晚上，高寒(王丽坤 饰)梦见马云飞被打死。这个梦境，使欧阳剑平(刘琳 饰)更加担心起来，决定加快行动。

时间紧迫，欧阳剑平(刘琳 饰)让李智博(施京明 饰)和马云飞(于震 饰)接头，决定晚上在医院动手。具体的方案是，让何坚(淳于珊珊 饰)装病，好让森村副官(高露 饰)护送其去医院。调虎离山之后，马云飞用蒙汗药将渡边搞定，趁机窃取作战计划。事情就是这样发展的，似乎一切都在按照预定方案进行着，马云飞终于接触到了那只放在保险柜里的公文包，将作战计划秘密拍摄下来…… 送何坚去医院的森村，突然发现马云飞没有来，又悟出了“宫平”同时下两盘棋的情由，立即返回了住处。

这时，马云飞已经不在了，渡边还处在昏睡之中。森村接着搜查了“宫平”的房间，发现了一本《围棋入门》和一只平光眼镜。她完全明白了！渡边也如梦初醒，气急败坏地要求查清真相。马云飞和何坚以为大功告成，突然发现眼镜丢失。

这样一来，他们就是功亏一篑了！正当他们沮丧不堪时，真的宫平太郎(淳于珊珊 饰)出现了，他愿意帮助他们……

宫平太郎(淳于珊珊 饰)是棋道中人，也是一个反战份子，现在他得知五号特工组的目的后，对日军使用细菌武器感到愤慨，表示愿意帮助他们度过难关。于是，就在森村等人以为假扮的宫平远走高飞的时候，真的宫平安然返回了。这令他们无比惊讶。

森村一意孤行，为了彻底揭露宫平的面目，与酒井一手安排的翌日的“公开对弈”。宫平说，我乐意奉陪！翌日，公开对弈如期举行。宫平太郎很快击败了渡边，让他尴尬无比，森村也被这个局面惊呆了，大喊“这不是真的！”渡边恼羞成怒，指着森村拍案而起：把这个疯子给我拖出去！

森村与酒井的阴谋破产了，马云飞(于震 饰)还是得到了作战计划。最后，弄不清真相又失去信任的森村无奈地开枪自杀了，一朵帝国间谍之花就此凋谢……

1940 年8月，欧阳战场上，纳粹正在进行不列颠战役，轰炸英国本土。这个时候，李智博(施京明 饰)准备让远在英国考文垂的妻儿来香港和自己团聚。他已经预定了机票，马上动身。就在此时，高寒(王丽坤 饰)接到了来自考文垂的电报，告之在刚刚进行的大轰炸中，李智博的妻儿都已经被炸身亡！

面对这样的噩耗，大家无不悲痛…… 此时的中国国内，八路军正在进行“百团大战”，使日军华北部队严重受创。于是，敌人制订了“鹰计划”——将地处华东的日军军火调运到华北，以解燃眉之急。冯先生(马昌钰 饰)指示，为了粉碎日军的“囚笼政策”，要五号特工组尽快打听到敌人“鹰计划”的内容与实施方案。

于是，大家分头行动，很快得知了内情。他们原来的想直接爆破军火仓库，但是，因为附近有民用的水厂，这个计划只得放弃。而在军火列车上下手，时间又受到了很大限制。就在百般无奈的情况下，他们了解到了有一条新建不久的铁路支线经白龙观站到青石桥铁矿，遂决定夺取这个途中的车站，将军火列车引往支线炸毁。

他们机智夺取了白龙观车站，在军火列车通过时，马云飞(于震 饰)扳开了道岔，将列车引向了青石桥，那里的李智博点燃了导火索…… 可是，就在爆破时，导火索突然灭了！

紧急之中，李智博(施京明 饰)不顾危险，飞身赶到铁路边将导火索重新点燃，军火列车被彻底摧毁，他们赢得了胜利，粉碎了敌人的“鹰计划”。几天后，欧阳剑平(刘琳 饰)向马云飞(于震 饰)和高寒(王丽坤 饰)交代了一项新任务，要他们赶到皖南新四军的驻地，帮助抢修电台。

并且要求他们在路上必须以夫妻的名义，以便掩护。可是，高寒却不愿意。当初马云飞秘密追踪竹内云子(高露 饰)期间，曾经和一个日本女人有染，他们之间的误会也由此产生，至今不能消失。于是，何坚(淳于珊珊 饰)自告奋勇，要求三人同行，他与高寒扮夫妻，马云飞却成了跟班的司机。

欧阳剑平还要求马云飞此番去江南，一定要顺道去苏州老家看看多年没有来往的父亲。马云飞带着何坚、高寒回到了老家，想起了母亲当年被捕的情形，心里还是不能原谅父亲马百川。这一路上，他们三人总是磨擦不断。等到了芜湖，马云飞顺利地和江南新四军的联络员老许接上了关系，正准备进山，高寒与何坚却由于疏忽意外地被敌人抓走了！

马云飞(于震 饰)立即将这个情况通报了欧阳剑平(刘琳 饰)。他得知，上海的酒井正往芜湖赶来。要是这样，一切都被动了。欧阳剑平当机立断，要求马云飞想办法在半路上拦住酒井，以争取营救时间。酒井星夜向芜湖进发。当她的车行驶到一座大桥时，突然被马云飞当道拦截了。

酒井如获至宝，立即下令将马云飞抓捕，而马云飞却机智的摆脱了酒井，并将她的汽车截走了，酒井知道自己上当了，但后悔已迟。关押在芜湖宪兵队里的何坚(淳于珊珊 饰)与高寒(王丽坤 饰)，以为马云飞没有办法，就决定自己解决。何坚干掉了哨兵，正准备与高寒溜走，但是周围的日军全都举起了枪，他们还是束手就擒了。

敌人识破了何坚的身份，准备枪决，紧急关头，“酒井”赶到了——原来是化装的欧阳剑平。她顺利骗过了敌人，将何坚、高寒带走。不久，震惊中外的“皖南事变”爆发。延安向皖南派遣的特派员被捕，冯先生(马昌钰 饰)指示欧阳剑平等人营救。

他们没有想到的是，营救出来的特派员却是欧阳剑平朝思暮想的未婚夫刘涛(张嘉译 饰)！就在大家为刘涛接风压惊之际，刘涛无意中的一句话却引起的李智博(施京明 饰)的怀疑……

刘涛(张嘉译 饰)说自己一出延安，登上火车就受到了敌特的跟踪。然后他机警跳车，摔断了三根肋骨，这才落入敌手。可是，李智博(施京明 饰)在医院里借透视解救刘涛时，清楚地看见刘涛的肋骨完好无损。刘涛为什么要说谎？此时的欧阳剑平(刘琳 饰)正陶醉在与爱人的重逢喜悦之中，大家也正热心地为他们张罗婚礼，只有李智博反应冷淡。

这反倒引起了别人的误会。几天后的晚上，冯先生(马昌钰 饰)约定刘涛在码头见面。临行时，他接受到上级的电示：接头暗号已变，改为“江南阴雨天，雨后彩虹现”。冯先生似乎有了一种不祥的预感…… 果然，刘涛没有说出新的接头暗号，被冯先生识破并击伤。

而他本人却被刘涛残忍杀害。刘涛还伪装了遭到袭击的假现场，企图蒙混过关。更令人诧异的是，牺牲的冯先生，其实就是马云飞(于震 饰)的父亲，他的真名叫马百川！马云飞一下明白了许多事情，原来，这些年父亲一直都在暗中关注、保护着他。

他悲痛不已…… 码头事件使李智博更加坚信刘涛是叛徒，可眼下证据有不足，他只能暗中搜寻着。周大夫告诉他，刘涛的枪伤不是同一支手枪发射的。李智博似乎找到了一线希望，决心揭开真相。

李智博(施京明 饰)把自己的担心告诉了欧阳剑平(刘琳 饰)，认为这次营救刘涛(张嘉译 饰)过于简单。认为这其中肯定有阴谋。他的判断是对的。“皖南事变”发生后，延安向皖南游击区派遣特的真特派员在途中就受到了敌人的监视与盯梢。他在火车的厕所里将重要文件烧毁，自己跳车逃脱。

但是，背后响起了枪声，壮烈牺牲…… 可是这个消息外界却一点也不知道。酒井虽然很扫兴，但也生出了一条毒计：将叛徒刘涛冒充特派员，企图趁机打入新四军游击队的内部。欧阳剑平听出了李智博对刘涛的怀疑，但感情上无法接受，反倒对李智博进行的反驳，两人的误解加深了。

几天后，他们送刘涛启程了。暗中的酒井十分得意，她放出去的鹰很快就要着陆了。李智博还在依靠法医周大夫，进一步对枪支和弹壳以及冯先生(马昌钰 饰)的遗体进行检验，并在途中等待着结果……

他们很快抵达了江南的芜湖。在这里，等候着山里接应的新四军。刘涛(张嘉译 饰)回顾往事，心事忡忡。而李智博(施京明 饰)的几次试探，又让刘涛有了警惕，他暗中打电话向酒井汇报，酒井表示立即部署，为刘涛扫除障碍。于是，遵照酒井的安排，刘涛使了借刀杀人计，让欧阳剑平(刘琳 饰)派李智博和马云飞(于震 饰)去江州修理厂。

结果，他们遭到了杀手的暗算，险些没了命。这件事，让李智博相信自己的一切怀疑都在变成现实。这时，周大夫也对暗杀现场作出了法医鉴定，完全符合李智博的推断。他们私下对欧阳剑平宣布了真相。在一系列的事实面前，欧阳剑平不得不承认刘涛已经堕落成了可耻的叛徒。

此时，冯夫人也把新的接头暗号送到了芜湖，真相大白了！欧阳剑平设计将刘涛引到了江州修理厂。最后，用冯先生(马昌钰 饰)的枪对准了刘涛……

欧阳剑平(刘琳 饰)亲手杀掉了未婚夫刘涛(张嘉译 饰)，自己也受到了打击。之后，他们安葬了冯先生(马昌钰 饰)…… 不久，“珍珠港事件”爆发，美国参战，战争的格局已经改变了。翌日，上海的日军开始进入租界领地。为了防止不测，欧阳剑平让大家把一些设备转移到老张那里。

可是，途中的马云飞(于震 饰)却在街上被酒井盯上了，一直盯到了他们的驻地。酒井暗中让部下包围了别墅，自己便单刀直入找上门去。欧阳剑平沉着应战，巧妙地利用当年在南京和日本大使须磨跳舞的照片来迷惑酒井。一时间酒井弄不清真假，不敢贸然行动。

她赶回来电话核实，才知上当。这时，欧阳剑平和马云飞已经通过隔壁波曼大夫家的假面舞会，逃脱了包围…… 珍珠港遭袭之后，为保这一箭之仇，美军制订了“轰炸东京”的计划。但远程轰炸机飞行半径过长，完成任务后不可能返回“大黄蜂号”航母，只能在中国浙江的衢洲机场降落。

马丁上校就是为这个计划来衢州的。这个情报立即被隐藏在衢州的奸细23号得知，连夜电告了上海日军宪兵司令部。于是，酒井带领一支行动小组潜入到衢洲，企图一举炸毁机场，以此阻止美军对日本本土的轰炸。而此时，五号特工组一行也来到了衢州，并且和酒井住进了一家旅社——三民旅社，他们一来，就被一个奸细钱先生盯上了！

当晚，马云飞(于震 饰)和高寒(王丽坤 饰)出来散步。无意之中发现了酒井和一个开着军用吉普车的男人接头。接着，他们在接头的现场找到了一粒美军军服上的纽扣。欧阳剑平(刘琳 饰)和马丁上校是内华达空军学院的校友。她此次来衢洲，就是应马丁邀请，以加强保密工作。

欧阳剑平找到马丁，后者承认这粒纽扣是自己的随从罗西中尉风衣上的，但是，罗西昨晚一直和自己在一起，没有外出。那么，是谁穿着美军的风衣出门呢？无疑，是奸细23号。神秘的23 号再次和酒井秘密见面，交给了酒井机场的平面图。

酒井暗自去机场外围观察，被暗中监视的何坚(淳于珊珊 饰)盯上。可是，当何坚去照相馆洗照片时，又无意中在街上遇见了酒井，虽然及时逃脱，但还是让酒井想起了当初的那个围棋国手宫平太郎(淳于珊珊 饰)。就在酒井困惑之际，罗西来到三民旅社找欧阳剑平，结果，却被酒井引到了楼上并进行了暗杀。

及时赶回的高寒发现可疑迹象，便向着酒井藏身的后院走去，可是，一支枪已经在她的身后举起了……

幸亏马云飞(于震 饰)和何坚(淳于珊珊 饰)及时出现，才使高寒(王丽坤 饰)没有遭到毒手。马云飞杀死了刺客，但是罗西已经身亡。酒井一行也似乎人间蒸发了，不知去向。情况越发紧急。谁是23号？酒井藏身何处？终于，他们找到了突破口，原来，奸细23号是国民党军中校吴子玉。

他是马丁的翻译，也是欧阳剑平(刘琳 饰)过去的同事。此时的酒井已有了新的安排，她化装成孕妇随吴子玉已经潜入到机场内部。又让吴子玉作为诱饵去吸引五号特工组。吴子玉在暴露后咬毒自杀。在第一套行动方案破产后，她开始独立执行第二套方案，那就是炸掉机场塔楼，使指挥中心瘫痪，美军的飞机无非降落。

她又化装成卫生兵混进了塔楼，将定时炸弹安装好，然后抽身离开。千钧一发之际，欧阳剑平等人赶到，又遭到酒井的狙击，李智博(施京明 饰)受伤，但他还是镇静地指挥司马剑平将炸弹排除了。隐藏在机场附近的日特与国民政府军展开了激战…… 最后，马云飞击毙了垂死挣扎的酒井美惠子(原华 饰)。

黎明前，完成轰炸东京任务的第一架美军飞机，安全降落在衢州机场……