1950年，西南重镇雾都。是夜，打入敌特内部的“鸿雁”打电话告知保卫部部长刘之唤，台湾派来联络员，自己有可能已暴露；侦察队队长杨帅和副队长周继红带人立即前往通讯地点抓获联络员，不料半路却被乔装打扮的敌特杀人灭口；“神风”暗杀组总指挥“圣母”命令手下任宝天立刻清除共军卧底，任宝天决定让手下“独狼”岳峰执行，与此同时，另一个打入敌人内部的卧底“长矛”托联络员唐研飞送来情报，告知“鸿雁”已暴露。

慈母教堂门口，岳峰奉命刺杀“鸿雁”，待杨帅和周继红赶到，“鸿雁”已倒在血泊中。义父“鸿雁”的牺牲对杨帅打击很大，他发誓迟早有一天要手仞仇人岳峰。受到枪伤的岳峰在雨巷偶遇任宝天的外甥女叶雨寒，叶雨寒将岳峰送到医院急救。面对“鸿雁”的牺牲，保卫部陷入一片哀恸中，党委书记周良坤命令刘之唤加快和“长矛”的联系，摸清敌特的“雷霆计划”。岳峰奉“圣母”之命，搬去任宝天家长住。

1950年，西南重镇雾都。是夜，打入敌特内部的“鸿雁”打电话告知保卫部部长刘之唤，台湾派来联络员，自己有可能已暴露；侦察队队长杨帅和副队长周继红带人立即前往通讯地点抓获联络员，不料半路却被乔装打扮的敌特杀人灭口；“神风”暗杀组总指挥“圣母”命令手下任宝天立刻清除共军卧底，任宝天决定让手下“独狼”岳峰执行，与此同时，另一个打入敌人内部的卧底“长矛”托联络员唐研飞送来情报，告知“鸿雁”已暴露。

慈母教堂门口，岳峰奉命刺杀“鸿雁”，待杨帅和周继红赶到，“鸿雁”已倒在血泊中。义父“鸿雁”的牺牲对杨帅打击很大，他发誓迟早有一天要手仞仇人岳峰。受到枪伤的岳峰在雨巷偶遇任宝天的外甥女叶雨寒，叶雨寒将岳峰送到医院急救。面对“鸿雁”的牺牲，保卫部陷入一片哀恸中，党委书记周良坤命令刘之唤加快和“长矛”的联系，摸清敌特的“雷霆计划”。岳峰奉“圣母”之命，搬去任宝天家长住。

军统特务张长水试图拉拢岳峰，却被岳峰羞辱。暗夜，张长水受打入共军的卧底“灰鼠”指派查找共军卧底“长矛”。岳峰搬入任宅的第一天，就遇上任宝天的夫人齐茹颜在自个儿房间上吊，幸而岳峰粗通医道救了齐茹颜一命。联络员唐研飞在回家的路上被盯梢，刘之唤让她多加小心。保卫部召开紧急会议，在雾都发布一号通缉令，进行清除敌特运动，为了对抗保卫部，“圣母”下令让岳峰和张长水去中山古镇营救身份暴露的敌特“老鬼”陆祖康。

岳峰和张长水救回陆祖康后，“圣母”要求在华岩寺亲自召见。杨帅因为再度放走岳峰而自责，周继红与之发生争执，周良坤召开会议，撤销杨帅侦察队队长的职位，由周继红暂代理，杨帅心情郁闷，独自去烈士陵园义父“鸿雁”的坟前消愁，刘之唤找到杨帅与之谈话开解他心中疙瘩。唐研飞去盛氏祠堂和“长矛”接头，却中了敌人的圈套而被捕，敌特打算用她做诱饵，查出“长矛”究竟是谁。

叶雨寒想要报考市文工团，她找到岳峰想咨询意见却碰了个冷钉子，叶雨寒难以接受自己的满腔热情被岳峰如此泼了冷水，一时羞愤难当。“长矛”在茶楼传情报给刘之唤，告诉他唐研飞被捕情况危急，速派人搭救。刘之唤和安华商量，分析出敌人可能利用唐研飞来放长线钓大鱼，所以命令杨帅和周继红冷静行事。

任宝天和俞若潼分析怀疑，家中一直在闹得那个“鬼”很有可能就是“圣母”；杨帅和周继红收到“长矛”用梅花飞镖传来的密报，得知唐研飞被关押在慈母教堂里，张长水命令庞清去慈母教堂探探动静，结果庞清在教堂门口的树林里被埋伏在此的周继红和杨帅抓个正着。杨帅和周继红将唐研飞从教堂救出，半路上却碰到一直埋伏在此的张长水和陆祖康，正当几人打得难解难分时，叶雨寒及时出现解救二人。

被关押在监察室的庞清被敌特“灰鼠”杀人灭口，刘之唤命令侦查科科长安华速查清“灰鼠”。任宝天府上，叶雨寒被任宝天情妇俞若潼无故找茬，出门正好遇上周继红，叶雨寒对周继红倾诉自己想报考文工团的志向，恰好周继红的父亲是市委书记周良坤，周继红一口答应帮助叶雨寒进文工团。杨帅抓住扮成小神仙的任宝天手下赵立宣，侦察队正要展开审讯时，却发现赵立宣已被人救走。

原来，救走赵立宣的，正是假扮成敌特的杨帅，杨帅想借此计引出赵立宣背后的黑手，却未料黑手抢先一步，在半路将赵立宣劫杀。张长水勾结俞若潼，想搞到任宝天一直深藏在身边的一份雾都潜伏特务名单。与此同时，“圣母”下令启动“雷霆A计划”。岳峰奉“圣母”之令，去“老鬼”窝藏之处观音桥传达“雷霆A计划”。叶雨寒陪周继红去湖广会馆看戏，叶雨寒凭借自己曾经在戏班子里打下的扎实基本功救场，令在场所有人赞叹不已。

文工团于团长十分欣赏叶雨寒，当场邀请她加入文工团。张长水使出一招“美人计”，他利用俞若潼牵绊住陆祖康，用以实施他的计划。顺利加入文工团的叶雨寒仿佛找到了新生，于团长和文工团其他同事的热情欢迎令她感动不已。岳峰和“老鬼”将手中“圣母”指令层层分析，这才得出原来“雷霆A计划”是刺杀市委书记周良坤。由于唐研飞的暴露，刘之唤不得不改变她和“长矛”单线联络的方式，由周继红乔装打扮接收情报。

“长矛”将刺杀周良坤的A计划告知刘之唤，刘之唤立刻找到周良坤商量对策，面对敌人的挑衅，周良坤决定不更改慰问兵工厂的计划，刘之唤无奈，只好在整个侦察队召开紧急会议，连夜制定对策。俞若潼指责叶雨寒偷了她的珍珠项链，两人将任宅吵得鸡犬不宁，叶雨寒再也无法忍受俞若潼对她无故的轻慢和侮辱，幸好还有岳峰，在岳峰的安慰下，叶雨寒逐渐恢复了对新生活的憧憬和向往，叶雨寒决定离开任宅，开始全新的生活。

文工团里，叶雨寒因为一曲《北风吹》而博得满堂彩，但同时也引来了文工团红人吴燕的嫉妒。张长水为了拉拢陆祖康共同对付岳峰，利用俞若潼色诱陆祖康，在美色攻势下，陆祖康答应配合张长水。仙女洞里，任宝天为首，张长水、岳峰、陆祖康几人共同制定A计划行程路线，岳峰和“老鬼”迅速摸清周良坤视察兵工厂路线并埋伏其中，是夜，一支狙击步枪的枪管牢牢盯准了周良坤的身影。

一声枪响，周良坤却没有应声倒地，侦察队迅速封锁了整条街道，岳峰和“老鬼”千辛万苦才死里逃生。“雷霆A计划”的失败令“圣母”大发雷霆，她勒令任宝天必须在三天之内查清原因。经过调查，真相很快查明，是陆祖康偷偷的调整了岳峰狙击步枪上的瞄准镜。眼看陆祖康就要被任宝天枪决，岳峰在这危机关头挺身而出救了陆祖康。俞若潼利用一串珍珠项链轻易收买了文工团吴燕的信任，吴燕却不知俞若潼正计谋着利用她完成一桩大买卖。

岳峰成功利用心理战，漂亮的挑翻了陆祖康和张长水之间的狼狈关系。陆祖康一气之下离开张长水家，来到华蓥山投奔他的把兄弟土匪头子龙老大。圣母一计未成，又施一计，她命令“神风”小组全力以赴执行“雷霆”B计划——炸毁后方军需物资供应基地。齐茹颜让徐妈给俞若潼送首饰盒，却被俞若潼羞辱，俞若潼转身却发现首饰盒里赫然装着“圣母”指令。

岳峰无意间跟踪俞若潼和张长水，却发现叶雨寒在一座无名墓前祭奠她的母亲，这让岳峰对叶雨寒的身世更加猜疑。“圣母”密会任宝天，交给他一张《雾都地下管道平面图》，“圣母”表示自己会亲临现场，任宝天立刻召集岳峰等人共同商量“雷霆B计划”。齐茹颜在徐妈房间发现原来任宅的那个“鬼”就是徐妈，与此同时，任宝天在齐茹颜房间发现一双“圣母”会见他时一直穿着的白色高跟鞋，任宝天误以为齐茹颜就是“圣母”。

是夜，徐妈找到叶雨寒，告诉她一桩埋藏在心的秘密，那就是她和齐茹颜之间的仇债，原来，齐茹颜年轻时逼死了任宝天的二姨太，而此女正是徐妈的亲妹妹。徐妈恳请叶雨寒收留她，叶雨寒十分为难。安华为了接近唐研飞，千方百计讨好她，唐研飞也将计就计试探安华。

让岳峰意外的不止这些，稍后，俞若潼和徐妈也双双赶到，几个女人一台戏，让岳峰无法判定究竟谁是真正的“圣母”。陆祖康从华蓥山回到雾都找到俞若潼，他此次前来是为龙老大和俞若潼牵线，正当两人偷情之时，张长水来访，俞若潼当着张长水面和他吵翻，目的在于利用陆祖康帮她在“雷霆B计划”里抢得头功。徐妈不辞而别，叶雨寒连夜寻找，终于在岳峰的帮助下找到她，徐妈被叶雨寒的真诚打动，终于跟着叶雨寒一起回家。

当晚，文工团去兵工厂进行慰问演出，另一方面，一直埋伏在猫儿洞准备活动的岳峰等人接到“圣母”命令，轰炸物资基地任务取消，立刻赶往兵工厂实施“雷霆B计划”。得到消息的“长矛”立刻打电话告知刘之唤。兵工厂文工团化妆间，叶雨寒无意间听见“滴答”声，她循声找去，惊恐的发现吴燕的尸体，惊吓过度之后，叶雨寒昏倒。岳峰趁众人不备剪断首饰盒里的炸药引线，原来，他就是“长矛”。

“雷霆B计划”失败后，“圣母”命令任宝天必须立即查出潜伏在他们中间的“长矛”。经过侦察队的缜密分析，得出齐茹颜并非自杀，而是被敌特灭口并安置了自杀的假象。眼看“五一游行计划”临近，侦察队也对“灰鼠”开始了最后的铲除计划，刘之唤叮嘱唐研飞看紧安华，做好引蛇出洞的准备。叶雨寒因为发现文工团的炸弹而立了大功，岳峰作为《川江小报》的记者，自然而然的前去采访她，没想到被张长水撞见。

“圣母”要在华岩寺会见岳峰和任宝天，岳峰在赴约之前回忆起自己和亲生父亲柳自侠的最后一面，身为卧底的父亲在身份暴露后，毅然用自己的鲜血为儿子打入敌人内部取得信任铺开一条大路，“鸿雁”就这样当着岳峰的面扣动了他手中的枪，英勇牺牲。岳峰和任宝天赶到华岩寺，却不想碰到叶雨寒，正当两人惊疑之际，徐妈竟然也来到此地，两人追踪出门，却被一个白衣旗袍身影喝令在原地。

徐妈告诉叶雨寒，俞若潼和齐茹颜都怀疑她是任宝天的小情妇，叶雨寒深受伤害离家出走被岳峰撞见，岳峰将因淋雨而高烧的叶雨寒送至医院。张长水收到“灰鼠”情报，让他带着岳峰收拾侦查科科长安华以除后患。原来，这是安华自导自演的一场精彩绝伦的戏，他想利用这场戏洗脱自己在侦察队的嫌疑。小街，下班独自一人的安华遭到岳峰和张长水的暗算，身负重伤，被送往医院，在医院，唐研飞目睹岳峰因为探视叶雨寒而与之拥抱。

张长水奉“圣母”指令，用药迷昏岳峰，将其秘密运到华蓥山。岳峰醒来后才知，龙老大等人在这里成立了华莹山反共救国军的司令部，这里和雾都唯一联系方式就是俞若潼使用的电台和新式密码本。“圣母”发来电报，命令龙老大召集3000人攻打区公所发动华蓥山暴动，与此同时，由叶雨寒带头组成的文工团慰问团做好了随时待命去华蓥山兵工厂演出的准备。岳峰和张长水仔细刺探了整个华蓥山地形，准备暴动。

岳峰利用俞若潼对他的暧昧偷发电报给侦察队报信，刘之唤当机立断，命令安华和唐研飞带一个小组去华蓥山以捉拿陆祖康之名随时待命在此。深夜，龙老大在华蓥山接受了空投弹药，准备随时发动华蓥山暴动。唐研飞因为撞见安华投放情报而遇害。刘之唤当机立断，派谢志芳和安华一起去华蓥山抓捕陆祖康。而华蓥山方面，抢先得到消息的陆祖康和龙老大躲到华蓥山滴水洞，安华和谢志芳无功而返。

回到雾都的安华立即和“圣母”取得联系，“圣母”令他一定设法返回华蓥山随时配合龙老大组织暴动，这一切都被杨帅看在眼里，刘之唤决定将计就计，令杨帅跟着安华带一个排一起去华蓥山。谢志芳扮作卖凉粉和岳峰取得联系，岳峰利用龙老大等人的心理，主动提出回雾都和“圣母”联系。任宝天独自一人在家回忆起当初搭救叶雨寒的一幕幕。

面对岳峰的消失，龙老大有些怀疑，但是陆祖康以自己的命担保岳峰绝不是卧底。回到雾都后的岳峰立刻和刘之唤取得联系。叶雨寒和徐妈跟着文工团来到华蓥山，做好积极演出的准备。岳峰找到任宝天，要求立刻启动C计划，任宝天告诉岳峰，他将和“灰鼠”、“圣母”立刻启程抵达华蓥山。华蓥山方面，张长水为了拉拢龙老大，想方设法实施美人计，谁知龙老大对俞若潼根本不感兴趣。

深夜，叶雨寒回到房间，却发现徐妈消失不见，她匆匆找出门，不想被谢志芳发现。陆祖康等人在龙宅门口收到黑衣蒙面人的通风报信，通知他们“圣母”将在黄龙寺部署C计划最新细节。徐妈夜归，叶雨寒追问其原因，原来今天是徐妈妹妹的忌日，徐妈决定找个庙祭拜下早逝的妹妹。叶雨寒和徐妈连夜赶到黄龙寺，未料谢志芳其实一直跟踪在后。岳峰等人辛苦赶到黄龙寺，却发现“圣母”留下字条通知众人见面地点改在龙家古墓。

俞若潼从龙老大手下高布成那里得知，叶雨寒和文工团来到华蓥山演出，立刻心怀鬼胎的打起小算盘来，这个小算盘和张长水的竟然不谋而合。叶雨寒和文工团在华蓥山的演出取得空前好评，夹杂在观众里的敌特黄爻想起“圣母”的吩咐，偷偷将一封信塞入叶雨寒口袋，与此同时，俞若潼赶来，约叶雨寒在顺德茶楼见面，俞若潼又托人带口信给徐妈，她将赴俞若潼之约去顺德茶楼，徐妈连忙赶去。

眼看叶雨寒就要被龙老大扣留，情急之下的任宝天不得不对岳峰吐露实情，原来叶雨寒的父亲曾是蒋介石的密友，所以任宝天一直惧于叶雨寒的背景。杨帅潜入龙宅，从柴房里救出徐妈，龙老大发现徐妈的失踪，立刻从密室押出叶雨寒，岳峰为了救出叶雨寒，当着她的面和任宝天等人演出一席好戏，让叶雨寒误以为他和张长水俞若潼等人狼狈为奸，叶雨寒果然中计，她被龙老大再度押回密室，悲伤的回忆起她和岳峰曾经的点点滴滴。

眼看华蓥山暴动就要启动，安华被刘之唤调回雾都，去处理江津土匪暴动，这也是刘之唤的调虎离山计。在“圣母”的精心策划下，华蓥山暴动终于启动，这是一场惊心动魄的大战，谢志芳在战役中拉爆手雷英勇牺牲，侦察队一队队长刘西林也在战争中英勇牺牲，龙老大被我人民战士英勇击毙，剩下的张长水俞若潼任宝天如丧家之犬，仓皇逃回雾都。

华蓥山一役，“圣母”损失惨重，陆祖康被岳峰击毙。“圣母”已经到了狗急跳墙的程度。任宝天和张长水逃回雾都秘密据点同和旅店，两人各自心怀鬼胎密谋生存计划。任宝天通过华蓥山之事分析出岳峰正是共军卧底，他为了争取坦白从宽拉拢俞若潼去贿赂岳峰。刘之唤下令杨帅带兵前往同和旅店抓捕张长水等人，却被安华通风报信，未料刘之唤只是利用安华引蛇出洞。

安华接到“圣母”指令刺杀刘之唤。俞若潼为了保命，故意打匿名电话给侦察队，告知张长水等人夜晚聚会地点。杨帅和周继红赶到那里，偷听了“圣母”对众人宣布她的雷霆DE双生大计，为了不打草惊蛇，两人偷偷离开。岳峰扮作“圣母”平日打扮埋伏在黄爻出没之地，在逼问出“圣母”吩咐他的详细事件后将之解决。岳峰告诉刘之唤，D计划是“圣母”派“灰鼠”暗杀刘之唤，而E计划则很有可能是一场大爆炸。

面对岳峰的逼问，叶雨寒终于将自己的身世合盘兜出，原来，叶雨寒的父亲叫做叶子纯，原是蒋介石的高官和挚友，后因政治分歧，叶雨寒的父亲被蒋介石挟持到台湾秘密囚禁，而叶雨寒也因此被要挟着配合“圣母”行动，但她一直对“圣母”的命令阳奉阴违，只是希望能尽快解脱这种日子，迎来自己的新生活。岳峰跟踪张长水和俞若潼去找雾都图书馆一个叫陶涛的人去取《雾都国军地下秘密军火库分布图》，谁知老奸巨猾的任宝天先下手为强。

深夜，安华埋伏在刘之唤下班的路途中，实行他的暗杀计划，刘之唤将计就计，假装被刺送往医院。安华束手就擒，承认了自己的“灰鼠”身份，岳峰正式归队。任宝天交出了军火库图的一半。岳峰感觉到“圣母”猜透他的身份却不揭穿他，定有大动作在后。经过周良坤等人分析，他们将“圣母”的目标范围确定在朝天门。叶雨寒发觉徐妈的不对劲，她从点滴蛛丝马迹中分析出徐妈就是“圣母”。

两张军火库分布图凑在一起，朝天门，岳峰和杨帅齐心协力终于找到军火库，就在此时，隐蔽埋伏的“圣母”将两人击伤，“圣母”以为大胜在即于是坦承所有，包括她的真实身份其实是四大家族的孔二小姐，而叶雨寒的父亲是她曾经的恋人。在叶雨寒和岳峰的联手下，“圣母”终于被杀，就在炸弹即将点燃的最后时刻，岳峰终于用自己的梅花飞镖割断引线，彻底灭绝了“圣母”的“雷霆计划”。