1937年8月，淞沪会战开始，中日战争全面爆发。为了快速解决战斗，日军参谋本部决定，增派三个师团与海军协同作战，在杭州湾北岸登陆，从后面包围中国军队。此时杭州湾北岸已成军事禁区，几批日本特务都无法靠近。日本情报部紧急调来刚刚从间谍学校毕业的王牌间谍山本芳子和山本惠子，准备将这对姐妹花空投战区。

危急时刻，惠子以精准的枪法掩护芳子离去。孤军奋战的惠子准备与王浦江做鱼死网破的最后一搏，正当她准备举枪自尽时，芳子率接应的日军间谍赶到。根据惠子和芳子的情报，日军参谋本部决定了具体的登陆地点。但同时他们也意识到，中国方面已经破译了已方密码，进攻时间必须提前。

青天秀的来访打拢了文为均的演算，最终输给了山本康夫，这也意味着他必须履行诺言。兰斯教授对山本康夫和文为均的演算结果十分满意，邀请二人加入新建的密码研究小组，并许诺免试做他的博士生。一心钻研数学的山本康夫当场拒绝，文为均则在考虑后最终决定加入。

山本康夫如愿以偿地成为东京帝国大学的数学系教授，而应邀而来的文为均却没得到任何的音信，这让青田秀产生了怀疑。文为均将事情的始末和盘托出。聪明的青田秀立刻意识到了这是个陷阱，为了文为均她决心不惜一切帮文为均离开日本。

1928年，国立东南大学改名为国立中央大学。文为均受毛祖和的邀请前往国民党军事委员会。三年以后，第一届密码学专业圆满结业，文为均将最得意的弟子黄永青留在身边。一直寻找徐雅兰未果的文为均从徐雅兰舅舅那里得到了她的消息。原来徐雅兰已从师大毕业，现在成了一名小学教员。

经历了一道道近乎非人的残酷测试后，惠子和芳子两姐妹都被中野学校录取了。国民党军事委员会副秘书长张诚将军向文为均发出了蒋委员长的指示，由他出任即将成立的军委会密电检译所中将所长。身为文人的文为均愿意为国效劳却不愿当官，但中日一战难以避免，在毛祖和的一番恳谈之后为了国家利益他最终决定弃笔从戎。

为寻找合适的搭档，文为均找到黄永青，希望他能加入密电所，但独来独往的黄永青却一心留在学校里任教，拒绝了他的要求。消失多年的徐雅兰再次出现，29岁的她已经成为一名小学教师，而她的另一个身分却是调查局特务。厉峰单独约见了她，要求她回到文为均身边，监视他的行动。

在厉峰的安排下，徐雅兰终于“偶遇”文为均。在调查局的安排下，文为均的佣人被调查局支开，徐雅兰再三要求，一直对她心存愧疚的文为均把她留在身边，但却拒绝以主仆相称。林平和林琴姐妹都面临着感情的困扰，黄永青面对林琴的热情总是表现出一种冷漠，而林平和王浦江感情日臻。

徐雅兰对文为均仍然怀有感情，她对自己欺骗了文为均的感情感到自责，她向厉峰提出想要退出此次行动，厉峰一眼就看出了徐雅兰的心思，他要徐雅兰克制自己的情感，完成任务，否则她自己的处境将不堪设想。文为均带黄永青参观军委会密电所，黄永青看到军委会灯火通明，正是在做大战前的准备。

毛祖和带着委员长秘密手令来到林忠强的阵地，要他将阵地交给友邻部队，立刻率部转移，林忠强拒绝，防守南京的部队均为溃败之师，军心已乱，自己一撤，势必引发混乱，南京将立刻陷落。几乎就在此时，日军开始进攻，林忠强立刻冲上阵地，南京保卫战开始了。

进城的日军开始了举世震惊的大屠杀。在黄永青建议去南京大学英文系教授怀特家避难，三人离开居民楼向外跑去，大批进入的日军已开始屠城，他们在撤退中被日军发现，为掩护二人撤退，林平不顾安危冲出了巷子引开了敌人的视线，黄永青想拦住林琴，可为时已晚。

新研制的“紫光一号”立刻为日军驻汉口的航空兵使用，而为轰炸机导航的正是潜伏在重庆，化身青山茶馆老板娘的惠子。黄永青、郭忠良一行人等顺利抵达重庆，徐雅兰也回到了文为均身边，此时的她已经对文为均有了感情，文为均对她却只有愧疚之情丝毫没有爱慕之意，而黄永青此时满脑子想得却是生死未卜的林琴。

军委会张诚将军对于日军的轰炸极为震怒，他意识到密码的破译工作越来越重要，因此他以军委会的名义发出了命令，将国民政府所有的密电机构统一合并进军委会密电所，文为均任所长，黄永青任秘书长兼破译组组长，郭忠良则成为了破译组副组长。

被陈克救回的林平已从鲁艺毕业，成为了一名八路军战士。陈克要将她派往重庆的八路军办事处。得知妹妹林琴也在重庆，她欣喜万分，但为了任务她却暂时不能和林琴相认，更痛苦的是她还要面对至今还留有感情的王浦江。

王浦江带队继续寻找日军间谍，通过最新型的监听车，终于索定了青山茶馆。王浦江走进茶馆打探消息，惠子隐入后堂，后堂中的日军特务荷枪实弹，情况危机，一触即发。惠子的助手川岛化身茶博士上前招呼王浦江，用地道的四川方言跟王浦江周旋。王浦江心生疑窦但却无实据，转身离开了茶馆。

川岛和惠子也在看热闹的人群中，他对惠子的警觉与果断极为钦佩，并袒露了自己对她的爱意，但惠子却冷静的告诉他，他还不如自己手里的一支手枪。就在二人撤退时，被警觉的王浦江发现，惠子掩护川岛撤退，随后而来的调查局特工将惠子团团围住，一场激战在乡间小路上展开。

身为密电室副主任，韦国平却没有进入黑室的权力，这也让他大为光火，他单独约见林琴，提出和调查局合作，但于公于私林琴都无法接受，她委婉地拒绝了。虽然软硬兼施，但始终没能让林琴就范，韦国平开始暗自对林琴下手。黄永青状态恢复，在他的指导下，郭忠良破译速度大大加快，他们一连几天，吃住都在黑室里，在此期间，林琴密切关注黑室的一切，并主动照顾他们的生活。

日本紫码中心，已经是联合舰队司令的山本五十六大将对紫码一号的被破十分恼火，他告诉山本康夫，日美一战无可避免，联合舰队已做好了先发治人的准备，紫码一号的破译无疑摇了即将进行的重大军事行动的决心，紫光二号的启动时间也就此提前。他要求山本康夫在“紫光二号”之后研制出供日本海军使用的绝密顶级密码“紫光三号”，而此时的山本康夫也几尽疯狂，将全部精力投入到密码研制中。

郭忠良虽然监听到了广播的内容，但对这些暗语一筹莫展。文为均对山本康夫和日本文化非常熟悉，终于，黄永青在文为均的提示下从暗语中猜出了对方的接头地点，但离接头时间已所剩无几。十万火急，王浦江与郭忠良立即率队赶往接头地点。

一个月之后，历经艰辛的小野平终于又回到了日本，芳子百感交集，紧紧抱住了失而复得的爱人，而小野平却表现出了冷漠，芳子和姐姐长得太像了，每当看到芳子，他都会想起惠子的残忍，而作为一个日本男人，自己在战场上表现出的懦弱，又使他的自尊受到了打击，面对双重的煎熬，他终于向芳子提出了分手。

林琴发现，密电所中存在很重大的安全隐患，每天收集的密码由郭忠良保管，第二天才送到文为均和黄永青手中，林琴将此事告诉了毛祖和，虽然还没有什幺疑点，但此人没有任何污点与破绽，甚至连感情流露都极为罕见。他工作非常努力，和所有人都保持良好关系，林琴直觉告诉她，郭忠良应该有秘密。

厉主任催问“紫光二号”的破译时间，并对密电所的破译水平提出了置疑，并把聘请外国专家的事宜提到日程上来，这使文为均君和黄永青大为恼火。厉峰的提议表面上是为了加快密码的破译，其实更深的意味是，外国专家的到来意味着调查局将会直接接触密码的破译工作。

对于林平的再次出现，毛祖和也很高兴，林忠强的两个女儿终于都平安了。他举行家宴庆祝林平的归来，文为均、黄永青带郭忠良前来祝贺。饭后，毛祖和与文为均促膝长谈，告诉他调查局将聘请美国专家的事，而他没想到的是，心存坦荡的文为均欣然接受。

山本康夫决定，亲自前往香港，会一会文为均和钱德勒两个老朋友，如有机会，他会劝说二人为日本服务，否则文为均只有死路一条。临时前，山本康夫心情复杂，他突然决定带青田秀一同前往。

林平在密电所门口等郭忠良下班，正赶上出来的王浦江，一对昔日的恋人终于相遇。两个曾经的恋人长久无言对视。王浦江知道林平的真实身份，他的任务之一正是要保护她和郭忠良的安全。林平对王浦江的感情非常复杂，既有失恋的伤痛，也有被救的感激与困惑。

韦国平幵车来到了电台所在的四合院门口，他让胡茵梅在门口盯梢，自己进屋抢出了电台。韦国平开车撤离，但此时调查局的宪兵和特工已将各个路口全部封锁，他只有冒死闯关。韦国平的车终于被关卡的宪兵发现，宪兵向他的车走来，他让胡茵梅保持镇定，自己上前交涉。他利用调查局的身份，摆脱了嫌疑，刚要开车离去却与赶来的王浦江狭路相逢。

文为均与钱德勒单独会面，钱德勒答应与文为均一同前往中国。文为均截获的将紫光二号的资料交给钱德勒，钱德勒很清楚，这是文为均对自己的测试，他拿到这些资料，开始研究。文为均等待钱德勒的结果，他决定带徐雅兰出去走走同，这时，山本康夫带青田秀在大队特工的保护下刚好入住酒店。

酒店包房内，山本康夫告诉青田秀，他并没有希望文为均能背叛自己的祖国，他们正在完成一个不可能完成的任务。但如果文为均不肯就犯，那他只有死路一条。青田秀求山本康夫保护文为均的安全，山本康夫心情复杂，为了青田秀和自己的好友，山本康夫保证一定会让文为均平安离开香港，而他只想在智力上打败对手。

这一些被屋内的青田秀听到，她找出了山本康夫的日记，看见里面夹着当年在美国三人的合影，青田秀心情复杂，她决定把这本日记交给文为均，希望他能在其中找到破译思路，同时也对自己的爱情做最后的终结。厉峰找到林琴，把那些资料放在她的面前，逼她与调查局合作，为了毛祖和，更是为了黄永青，林琴拒绝了。

在香港的文为均对国内发生的事一无所知，他在给钱德勒做最后的测试。钱德勒直言不讳，如果自己破译了紫光密码，文为均的地位将会动摇，因此他认为文为均不会欢迎自己的到来。但文为均也告诉他，自己并没有那种想法，如果钱德勒真的能通过测试，自己将会与他真诚合作。

韦国平来到黄永青的办公室，欲接手林平的工作，但黄永青表现得非常镇定，平静地拒绝了韦国平的要求，搞得韦国平灰头土脸。黄永青突然变得睿智，这让厉峰意识到是毛祖和在背后指使，无奈之下，韦国平建议对林琴用刑。

文为均为山本康夫如此的情谊所感动，但自己的祖国，他拒绝了山本康夫的好意。文为均叫来了站在一边的青田秀，为了青田秀，文为均当面将日记本还给了二人。山本康夫十分惊讶，他不相信文为均没有留有副本，斥责文为均不应该利用女人赢得最后的胜利，但青田秀却坚信文为均的为人。

小野平再也抑制不住内心的感情，他将高桥的给芳子的任务告诉了山本康夫和青田秀。听到这个消息，但此时山本夫妇大为震惊，但此时已经无法接近芳子。情急之下，小野平想出计策，由他支幵门口的特工，让山本夫妇去钱德勒的房间，将他们与芳子的照片交给钱德勒，钱德勒一切就都明白了。

第二天在机场，山本康夫假装腹痛，支开高桥，青田秀顺利地买了去美国的机票，但还是被警觉的高桥发现，他派出特工在机场搜寻青田秀。青田秀一直躲在机场的警察局内，香港警察也艾莫能助，无助的青田秀拨通了文为均的电话。

文为均决定提前返回重庆，预计在今晚到达。这打乱了厉峰的计划，他们必须提前下手，掌握密电所。厉峰找来了黄永青探望林琴，希望他能够说服林琴。厉峰的计策果然奏效，看到遍体鳞伤的林琴，黄永青心软了。在韦国平的安排下，黄永青与林琴独处。看到遍体鳞伤的林琴，黄永青再也无法忍受这种痛苦，他知道林琴和毛祖和有感恩之情，不可能背叛他，只有自己和调查局合作才能救出林琴。

调查局内气愤紧张，黄永青寸步不让，厉峰态度坚决，谈判陷入了胶着，而韦国平的手下已经用床单勒住了林琴的脖子。林琴命在旦夕之时，厉峰接到了蒋委员长的电话打来了电话，下令要求厉峰释放林琴。终于，将死的林琴逃过一劫。

回到日本的山本康夫被监禁，他以绝食的方式做最后的抗争。此时的山本康夫已心灰意懒，一心求死，面对高桥的威逼，小川的利诱都没法让他继续工作，更没有告诉他们青田秀交给文为均的东西是什么。痛苦中的山本康夫唯一想见的人只有自己的表兄山本五十六。

山本五十六如约而至，面对极度消沉的表弟，山本五十六面沉似水。面对自己现在唯一的亲人，山本康夫将青田秀将香港发生的一切告诉了表兄。山本五十六虽然很愤怒，但他知道，此时的表弟已经心如死灰，抬起的手渐渐收了回去。他与山本康夫促膝长谈，回忆起了儿时的生活。

厉峰约见钱德勒，询问紫光二号的破译情况。钱德勒告诉厉峰，破译进程很顺利，这些都得益于文为均提供的协助，特别是郭忠良的努力，但对破译的细节钱德勒却闭口不谈，而且他也无法给出具体的破译时间。

在美国，史密斯上校派特工跟踪青田秀，发现在书店中，青田秀曾经翻阅过《简爱》，他命令手下的特工拿来了这本书，把青田秀要发给钱德的数字与书中页码一一对照，却没有发现任何线索，他终于决定帮青田秀发报给钱德勒。

毛祖和新官上任，第一个召见的就是厉峰。厉峰心里很清楚，毛祖和为林琴的事早已把自己当成了眼中钉，他表面向毛祖和谢罪，其实却是在告诉毛祖和，如果他刚刚上任的第一把火就烧到调查局头上，别人会说他公报私仇。毛祖和也很清楚厉峰的如意算盘，他直言不讳的告诉厉峰，他并不是不敢拿调查局开刀。

夜晚，林平来到毛祖和家，但他还没有下班。林平和林琴深谈，她告诉姐姐自己知道他和郭忠良的身份，但现在的毛祖和已不比从前，不一定能保护她。此时，毛祖和正好回来，她知道林平就在林琴房里，林琴告诉他林平不是共产党，但毛祖和却让林平去调查局接受审查。

山本康夫得到女儿芳子阵亡的消息无比悲痛，小川将军谎称芳子是被中国军队残忍杀害的，想以此来激起他的斗志，但山本康夫早已心如死灰，他现在唯一剩下的只有惠子了。山本五十六突然驾临，他对芳子的殉国同样痛心。

小野平成功抵达重庆，这回还是由惠子接应。小野平这回的计划是诬陷文为均，按照计划，他来到文为均家与文为均联络，将山本康夫写的劝降信交给文为均，还有当年文为均在日本的照片。文为均看出了他的来意，他找来特工将小野平带走。钱德勒回到了美国与青田秀见面，他将芳子的事告诉了青田秀。本以为钱德勒能带回自己的女儿，却没想到芳子惨遭厄运。

林琴和郭忠良将黄永青扶进屋，林琴终于可以和他在一起了，但此时的黄永青却已经没有了呼吸。日本特工的人数越来越少，惠子并没有像以往一样撤离，这次她抱定了必死的决心，最终，她还是倒在了老对手王浦江的枪下。