1937年上海，邮递员身份的中共地下党员徐德林从共产国际间谍伊万诺夫手中获取了一份关于日军登陆上海的作战计划。负责此事的日本陆军情报竹机关机关长水谷信夫布下了天罗地网逮捕了徐德林。在徐德林的要求下，水谷让他见了儿子最后一面，也乘机将徐德林的儿子仲良作为人质。徐德林在走投无路的情况下将水谷骗至教堂后，从教堂顶上跳下自杀。恼羞成怒的水谷不顾教堂布朗神父的阻拦，带走了仲良，要从仲良身上找到情报的下落。

被水谷带走的少年徐仲良饱受酷刑，却始终没有说出有关情报的线索，他只是机械重复着父亲的遗言。另一方面，徐德林的战友——上海地下党周山也在想办法营救仲良并查找情报的下落。水谷在仲良口中得不到情报的线索，决定把仲良当做诱饵，同时在徐家附近布下暗哨，伺机逮捕一切企图接近仲良的人员。上海军统站果然上当，试图接近仲良的军统特工被水谷的手下宫本打死，特工章士良被捕。

章士良被捕后供出了军统上海邮政系统的特工名单，在水谷的围剿下，军统上海站在邮政系统多年的苦心经营毁于一旦。南京的戴笠勃然大怒，命令国民党复兴社的元老谢乃恩出马查出情报的下落。回到家中的仲良触景生情，一点一点悟出父亲遗言中的话外之音。雷厉风行的谢乃恩来到上海通过对徐德林背景的缜密分析判断出了情报的大致位置，谢乃恩要手下小罗严密监控西摩路。

仲良破译出了父亲临死之前的话语，马上按照父亲的意思找到邮局工作的周山。周山顺利找到了西摩路德加公寓中的情报，却没想到被小罗发现。为了摆脱军统的追捕，周山开枪引起了在附近搜查情报的日本特工的注意。军统和日本人一场混战让周山顺利带着情报撤离。在中共上海地下党最高领导人潘先生的授意下代号布谷鸟的地下党特工苏丽娜负责送仲良离开上海。戴笠来到上海和谢乃恩秘密见面，要谢乃恩挑起大梁，把邮政系统打造成传输重要物资以及获取情报的阵地。

淞沪会战爆发，仲良和苏丽娜没能顺利离开上海。被迫回到上海的仲良因为对美貌的苏丽娜产生好感，找到周山要求接父亲的班留在邮局做一名邮差。谢乃恩找到静安邮局的现任局长亚瑟夫以其和其家人的生命威胁亚瑟夫离开邮局。潘先生再三考虑之后同意了仲良的要求，但没有马上吸收仲良进组织，他让周山负责训练和教育仲良。在训练中，周山意外发现了原局长亚瑟夫死于他杀，调查到殓房之中，谢乃恩突然现身，两人拔枪相向。

水谷信夫仍然没有放弃监视仲良，他得知仲良进入邮局的消息后要宫本派人时刻监视。在一次投递中，仲良发现了苏丽娜的踪迹，他不顾违反组织纪律跟踪苏丽娜，直接导致了苏丽娜陷入了被日本特工追捕的危险之中。静安邮局也由此被水谷信夫怀疑，水谷找来了潜伏在海关多年的老特工吴乐天，让他进入静安邮局查找蛛丝马迹。仲良因为苏丽娜受伤受到了上级的严厉斥责，开始自责和反思。仲良因为成功破译父亲的遗言，而引起了谢乃恩的关注。谢乃恩请仲良吃饭，在酒桌上直接点穿了仲良的身份，并毫不掩饰自己对仲良的欣赏。

刚进入邮局的吴乐天有意接近仲良。仲良听从周山的安排，为了查出吴乐天的真实身份及意图和吴乐天周旋。除夕夜吴乐天和仲良来到赌场。吴乐天发现了仲良惊人的记忆力和计算能力，在吴乐天的点拨之下，仲良赚了个盆满钵盈，这一切都被谢乃恩看在眼里。潘先生和周山着手调查吴乐天的履历没有发现任何疑点这反而让他们更为重视。周山告诫仲良，要他小心应对吴乐天，并且不要沉迷赌术。曾经阴谋刺杀国民党领袖的南云由纪子从南京越狱，谢乃恩接到命令，要不惜一切代价刺杀此人。

南云由纪子和水谷秘密见面，水谷要南云潜入法租界执行秘密任务。仲良在西林巷送信的时候，意外在信封里闻到了曾经在水谷办公室中闻到的檀香味，并发现接受信件的是一个女扮男装的人。谢乃恩派人绑架了吴乐天在洋行上班的儿子吴梦泽，警告吴乐天不要在静安邮局轻举妄动。谢乃恩的妻子简芳担心谢乃恩玩过火，谢乃恩告诉她现在吴乐天、中共和他是一条绳上的蚂蚱，而这三个势力又很巧妙的维系成了一种相互制约的平衡，一时间很难打破。仲良收到谢乃恩的请帖，不想两人因为信仰不同在饭桌上大吵了一架，仲良拂袖而去。怒气冲冲的谢乃恩把矛头指向周山，把周山通过邮路私运电台的事情捅给了巡捕房。

吴乐天找到水谷，要求水谷将儿子吴梦泽送往日本，被水谷拒绝。水谷也想利用吴乐天的儿子制约吴乐天，让他好好为帝国效命。仲良把西林巷的事情告诉了周山，周山和潘先生立刻展开调查，派苏丽娜和仲良监视西林巷，再次见到梦中情人的仲良激动不已。谢乃恩让简芳安排一个二十岁的女特工接近仲良以便监视和拉拢，和女特工见面交代任务时谢乃恩却意外的萌生了似曾相识的感觉。

仲良通过报纸上的信息发现了南云的行踪。但仲良在跟踪南云的时候被水谷发现，千钧一发的时候，苏丽娜挺身而出，开车撞向水谷。水谷下令调查苏丽娜，将苏丽娜也列为怀疑对象，派人监视。女特工化名秀芬在谢乃恩的安排下来到徐家。

那种似曾相似的感觉，让谢乃恩对秀芬的家庭背景好奇。谢乃恩派小罗前往无锡调查秀芬的身世，得知秀芬母亲是自己失散多年的前妻，秀芬正是自己的亲生女儿。埃尔和宫本带人前往静安邮局想要调查跟踪南云的邮差，和谢乃恩周山等人发生了激烈的冲突。苏丽娜密会潘先生，告诉他自己被水谷严密监视，苏丽娜提议要利用表哥秦兆宽大东亚洋行总经理的身份暂时保护自己。谢乃恩找来上海站王站长计划除掉南云由纪子。仲良和小罗都在监视南云的时候发现有国民党高层派人和日本人联络。

南云发现被人监视，反跟踪仲良回到四方旅社，地下党的联络点四方旅社被破坏。仲良为他的大意倍感自责。因为画像留在四方旅社，水谷让宫本去调查这幅画。谢乃恩率领军统，开始计划狙杀南云。

军统刺杀南云未果。重光堂会议之后汪精卫叛国。水谷因为南云差点被刺杀迁怒于宫本，宫本也对水谷心怀不满。李士武告诉秦兆宽，苏丽娜被日本人盯上了。秦兆宽把苏丽娜接到了自己家中。秀芬上街因为没有暂住证被巡捕抓走。

水谷迫于日本驻沪海军司令松本的压力，无奈释放宫本。周山拒绝谢乃恩让仲良当诱饵诱南云上钩的提议。南云见了吴乐天之后建议水谷弃用吴乐天。吴乐天为了借刀杀人干掉南云以自保向仲良透露了南云要参加其叔父生日宴会的信息。谢乃恩得知后决定再次刺杀南云。苏丽娜在宴会中找到机会告诉仲良南云的行踪。仲良引诱南云进入军统包围圈，但自己也身临险境，千钧一发之际秀芬赶到开枪击中南云，但秀芬也被南云击中，仲良把受了伤的秀芬背到了安全屋。

小罗告诉谢乃恩南云死在秀芬手上，秀芬受了重伤，谢乃恩心急如焚。秀芬伤势恶化，仲良束手无策叫来苏丽娜帮忙。苏丽娜帮秀芬止血时日本兵前来搜查公寓。两人急中生智巧妙躲过。苏丽娜批评仲良没有组织纪律性。仲良回来后告诉了谢乃恩秀芬的伤情和位置。谢乃恩找王胖子去救秀芬，王胖子以人手不足拒绝，谢乃恩决定亲自去救女儿。

谢乃恩的营救行动顺利救出了秀芬。但在营救过程中谢乃恩的反常引起了简芳的怀疑。秀芬将王胖子在刺杀南云的行动中企图开枪打死自己事情告诉了谢乃恩，谢乃恩勃然大怒，决定在委员长面前揭发王胖子，也给戴处长一个难堪。吴乐天的儿子吴梦泽在日本人的报复行动中被日特误杀，悲痛的吴乐天找到水谷想让水谷把儿子的尸体运回国，水谷以各种理由拒绝，吴乐天对水谷气愤失望。仲良和吴乐天相互挑明了身份，老潘让仲良争取吴乐天。王胖子谎报称自己杀死了南云，上级嘉奖了王胖子，得意洋洋的王胖子请客吃饭。水谷查到南云死前苏丽娜打过一个电话，水谷准备抓捕苏丽娜。

戴处长突然收到了一封密级很低的电报，电报里收录了日本军医对南云死亡的尸检报告。证明导致南云死亡的是勃朗宁手枪的子弹。戴处长盛怒之下，严惩了王胖子。

龙先生教谢乃恩职场秘诀。潘先生让仲良把秀芬留在家中，并告诉仲良争取吴乐天的工作要从长计议。皖南事变爆发，仲良和秀芬为此大吵了一架。事变后，新四军在苏北重建军部。延安派要员关向东前往苏北，却在途经上海时遭日军捕获，水谷让76号特工假扮关向东来和周山接头，却被周山看出了破绽。

秀芬收到继父家书，信里说家中母亲的照片不见了。仲良送信时正好碰到秀芬，无意间发现了军统联络点。周山带着假关向东去见老潘，仲良乘机进入假关向东的房间查找密码本。假关向东回来后发现有人来过。苏丽娜和李士武一家打麻将时发现76号一个特工去执行秘密任务。苏丽娜弄到了那个特工的住址。

水谷见共产党没有上钩，就让假关向东作为诱饵去引诱共产党。龙先生来到上海，谢乃恩设宴接风，龙先生给谢乃恩和秀芬带来了勋章。小罗告诉谢乃恩特派员是假的。百乐门一场枪战，谢乃恩为了带走假关向东杀死了周山，刚好被赶来的秀芬看见。仲良赶到时周山已死，仲良哭着不肯走，被秀芬拖走。秀芬掩护仲良和潘先生撤退。仲良逃离追杀后，回家找秀芬，看到秀芬平安，两人相拥在一起。

日本人查明了周山的身份，搜查邮局，却一无所获。吴乐天和谢乃恩都为周山的死安慰仲良。谢乃恩找到秀芬把秀芬刺杀南云而获得的嘉奖勋章送给秀芬，秀芬拒绝了，反而质问谢乃恩为什么要杀死周山。仲良分析假关向东传出的情报，在教秀芬用扑克牌算命时领悟到老家传来的密码是“祖冲之”三个字。日本情报总部栗林将军，带着一份神秘名单逃往上海。

栗林被水谷逮捕，去营救的军统受到重创。水谷审问栗林，让他交出名单，栗林拒绝。老潘要仲良设法调查此事。宫本通过海军的渠道把栗林的消息带给松本，希望能把栗林送回日本审判。秦兆宽得知了栗林要被送回国的消息，有意透露给了苏丽娜。

谢乃恩和潘先生见面，商量具体的行动方案。一场枪战，走投无路的小野开枪打死了栗林。水谷、谢乃恩和仲良都开始调查所有和栗林接触过的人。三方把目光都指向了一个叫理查德的人。理查德在国民党和日本人的交火中死亡。但在秀芬的帮助下，仲良找到了理查德的情人安德森太太，知道了理查德留下了一封与此相关的信。

吴乐天的大儿子从战场上叛逃，宫本有意将这个消息透露给了吴乐天。仲良受吴乐天的托付准备送吴乐天的大儿子去苏北解放区。日本人也查到了理查德的办公室，谢乃恩发现秀芬把有关安德森太太的信息透露给仲良勃然大怒。秀芬回到无锡家中，继父告诉秀芬有人给家里送过东西，还偷走了秀芬母亲的照片。秀芬开始怀疑谢乃恩是自己的亲生父亲。

秦兆宽和苏丽娜参加日本人的宴会，听到了日军海军在鹿儿岛设立训练基地的消息。苏丽娜告诉了仲良。为了栗林名单，潘先生紧急启用了以邮局会计为掩护身份的中共地下党老计，仲良查出理查德的信被寄到了理查大酒店，潘先生安排老计去拿信件时被军统和日本人跟踪。

小罗上前抓捕老计，引发一场恶战。日本特工趁机包围了他们。逃回邮局的老计被随后赶来的谢乃恩打死。小罗为了掩护谢乃恩撤离，被日本人堵在屋子里，小罗打光子弹后自杀。老计的尸体被日本人带走，日本人在他的胃里发现了碎纸。仲良和潘先生分析老计为什么逃向邮局，潘先生认为老计吞掉了信件。日本人将碎纸送到东京总部修复。但修复的碎纸字迹依旧模糊不清。宫本发现了吴乐天大儿子的踪迹，水谷让宫本活捉，宫本为了挑拨吴乐天和水谷的关系趁乱开枪打死了吴乐天的大儿子，并谎称是水谷的命令。

水谷通过小罗的身份查到了谢乃恩以及仲良，水谷命令抓捕两人。就在此时吴乐天来到水谷处，水谷不知道吴乐天已知道大儿子的死讯，依然欺骗吴乐天，吴乐天开枪打死了水谷。一直等待这个时机的宫本不失时机的冲进办公室开枪打死了吴乐天。为了洗脱责任，宫本对着自己的也开了一枪。谢乃恩和仲良因为日本人的内讧逃过一劫。共产党的联络站被谢乃恩破获，为了寻求和共产党合作谢乃恩把抓到的地下党还给了仲良。秀芬的继父来上海看望秀芬。

秀芬继父被龙站长扣留，谢乃恩领出秀芬继父，还给了他钱让他回无锡。仲良发现后，暗地里留住了秀芬继父，并安排秀芬和他见面，秀芬才明白自己的秘密被仲良发现了。仲良找到谢乃恩向他请教水文方面的知识。宫本伤愈后回到竹机关，成了新的机关长。仲良通过自己的分析判断，终于明白鹿儿岛的军事训练是为了袭击珍珠港。

被仲良坚定的信念感动，秀芬告诉仲良自己想退出军统，和仲良一起加入共产党。珍珠港事件爆发后，日军占领了上海，军统上海站被迫撤离，但谢乃恩坚决留在上海，他要完成找回栗林名单的使命再离开。小胡指示仲良离开上海，为了找到名单，仲良向组织请求留下。谢乃恩找到秀芬让她离开上海，秀芬拒绝，两人相约共同战死在上海。

仲良去见谢乃恩，谢乃恩称赞仲良对情报的敏锐判断，问仲良怎么判断出是珍珠港。仲良不答，谢乃恩请仲良帮忙押送一批物资去苏北国名党军事防区。仲良去教堂和新的神父接头。审讯中，布朗神父假装答应宫本的条件，目的是寻机自杀。仲良在苏丽娜的帮助下，将物资直接送到了新四军处。

谢乃恩和仲良合力抓到了日本法医，知道了名单字迹不清，无法判断日本人拿到的碎片是否是真的名单。宫本感觉仲良没有再利用的价值，决定收网，仲良在关键时刻隐藏，宫本没能捉住仲良。谢乃恩为了报复影佐和宫本滥杀无辜和仲良商量除掉影佐和宫本。

秀芬行刺影佐成功，但身受重伤。仲良和谢乃恩拼死救出秀芬。秀芬临死前，谢乃恩终于承认自己是秀芬的亲生父亲。秀芬受伤太重离世。秀芬死后仲良和谢乃恩嚎啕大哭。秦兆宽也在这次行动中受伤，为了掩护苏丽娜离开，秦兆宽自杀。

仲良苏丽娜在安全屋碰面，两人在秦兆宽部下的帮助下离开了上海。三年后，仲良和苏丽娜接到组织的呼唤重回上海。谢乃恩和仲良在秀芬的墓前再度碰面。

龙先生回到上海，抗日战争胜利在望。宫本、谢乃恩、仲良都认为名单在邮局。为了解开自己心中的疑惑，仲良决定孤身犯险，故意让宫本捉住自己。捉到仲良的宫本得意忘形，在审讯仲良时，透露了当年东京修复碎片时的一些资料。仲良利用宫本的大意，看到了老计胃里已经被修复的少量碎片的照片，当看到邮戳时仲良眼睛一亮。

苏丽娜以为谢乃恩抓走了仲良，谢乃恩诱骗苏丽娜见面。在苏丽娜离开时谢乃恩派简芳跟踪了她。苏丽娜被谢乃恩抓获。潘先生回到上海，开始寻找仲良和苏丽娜。就在此时，日本天皇宣布无条件投降。

竹机关一片混乱，仲良击毙宫本跑回了家中。仲良找到父亲留下的邮局房屋电路图。仲良在老计办公室找到了栗林名单，同时又做了一份假名单，放进开关面板。第二天，仲良当着谢乃恩的面打开关,拿出名单交给谢乃恩。谢乃恩拿到名单后没有兑现承诺放了苏丽娜，更想带着仲良回到重庆。没想到苏丽娜逃了出来，逼着谢乃恩放走仲良。仲良脱身后去找组织营救苏丽娜。潘先生找到了仲良，告诉仲良苏丽娜已经获救。三人相拥而泣，庆祝胜利。苏丽娜告诉仲良，组织已经同意了他的入党请求，并要亲自送仲良去延安深造。