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1932年,2月,全国各地欢庆新春,大街小巷回荡着孩子们过节的笑声,几辆军车由一条巷子穿过,横冲直撞一路急行,完全不把沿路百姓的性命放在眼中。在百姓们的惊呼声中,几辆军车驶离小巷,在一幢楼层外面停车,从车上下来的全是复兴社特务处的特工,为首的处长马成宇带领众人闯入楼中,开枪击毙几名地下党员。事发现场留着一些被烧烂的纸张,马成宇拾起一条纸屑,凭着上面所剩不多的文字,推测复兴社内部藏有共党。正如马成宇猜测的一样,复兴社藏有二名地下党员,二人分别是电讯组的陈力以及秦川。军统组长曹三白升职举办舞会,马成宇赶到舞会现场,指认秦川与陈力是地下党员,二人是曹三白的下属,马成宇的行为无疑是以下犯上。马成宇向众人出示证据,证明陈力是地下党员,陈力的使命便是保护秦川,当即出手袭击马成宇,转移众人的注意力,付出自己的性命保住了秦川的身份。秦川事后回到住处,为陈力之死难过,许多地下党员为祖国献出生命,陈力便是其中一员,秦川因身份特殊,只能在心中为其默哀。
地下党员欧阳澈成功离开火车站,曹三白扑了个空。军统密码专家叶琳琳年轻漂亮,获得同在一个机构工作的顾明杰追求,顾明杰买了一束鲜花上门向叶琳琳示爱,遭到拒绝。叶琳琳半夜煮好汤,离家出门往秦川的住处走去,秦川还未睡觉,将叶琳琳迎进家中,叶琳琳进屋之后坐到秦川身边,神色爱昧与秦川有说有笑,秦川曾在日本留学上过军校,年轻有为的他深获叶琳琳喜爱。顾明杰藏在窗户外面升起醋意,但又不便发作,秦川倒茶水的时候发现窗外有人,计上心来将一杯茶水倒到窗户外面。顾明杰猝不及防被淋湿头发,一时怒起将手中鲜花扔入屋中,秦川佯装惊讶看着落在身边的鲜花,叶琳琳猜到是顾明杰所为,起身来到窗户旁边骂骂咧咧。隔天,秦川秘密会见搭档欧阳澈,欧阳澈决定安排一个交通员给秦川,交通员姓夏名岚,是秦川的恋人。组织已经允许秦川与夏岚结婚,欧阳澈拿出办好的结婚证递到秦川手中。秦川百感交集焚烧结婚证,免得落下把柄被特务处的人调查,至于夫妻二人如何执行任务,上级早有安排。
秦川与叶琳琳练习枪法时,夏岚出现。秦川向叶琳琳介绍说,夏岚是曹三白介绍给他认识的,并在叶琳琳面前约夏岚吃饭。眼见夏岚与秦川关系如此要好,叶琳琳醋意大发,便在饭局上借酒烧愁。在叶琳琳酒醉后,秦川和夏岚一起把她送回住处。到了叶琳琳房间里,秦川和夏岚趁着她酒醉着不清醒的时候,开始在房间里进行搜索,希望找到有关的情报。然而这时叶琳琳半醉半梦地叫唤着秦川的名字,并表达对秦川的爱意,夏岚听着虽有所难受,但是仍然以正事为首,和秦川一起搜索着情报,最后,从叶琳琳怀里探出一张满布密码的纸条。正当秦川、夏岚二人准备拍录下纸条内容并撤退时,曹三白夜访叶琳琳房间。夏岚藏好后,秦川开了门,向曹三白交代了因叶琳琳醉酒而自己把她送回来,所以自己在这里出现。曹三白知释后,便把秦川叫走。夏岚在两人走了之后,便继续拍下纸条内容,回去进行翻译。原来曹三白有密电要接,打算找叶琳琳,但是叶琳琳酒醉了,便让秦川帮忙。
灵犬逃至车顶,复兴社的追兵也追到车顶。这时,顾明杰与叶琳琳也共用一车准备追上火车,而秦川先其一步,追上火车,一跃跳上车顶营救灵犬,随后,察觉顾明杰快要追上火车了,秦川为了不让他们怀疑,让灵犬假装搏斗。而火车准备驶过桥时,顾明杰和叶琳琳的汽车眼看没有路再追赶过去,叶琳琳一个着急,便向着灵犬开枪,不料击中秦川。秦川中枪,在火车驶过桥时,落入江水之中。秦川落入江中后,生不见人,死也不见尸。众人因秦川的失踪而陷入了一遍悲伤之中,夏岚经受着失夫之痛,而叶琳琳也因自责而离开南京。夏岚内心坚信着,自己深爱的秦川还没死,欧阳澈见夏岚如此悲伤,让她先休息,暂时不要工作。转眼,五年过去,夏岚每天都思念着秦川。在这段时间里,侵华日军占领了上海,日军在上海成立了特务组织——梅机关。一天夜里,一群在码头做搬运工的难民们起哄闹事。是因为知道自己要搬运的军火是属于一位为日本人做事的飞龙帮掌控人古老板的,这些军火,是帮日本人运来打自己中国人的。
田海涛在闲时到了一家青楼打算与朝思暮想的妓女小粉蝶共度良宵。田海涛对粉蝶说起,要暂时离开上海,在闲聊时粉蝶告诉田海涛,她全家都被日本人所杀,也非常痛恨日本人。田海涛醉上心头,田海涛直肠直肚的性格,一时为粉蝶的遭遇感到气愤,便掏出一支手枪给粉蝶,让她不要怕日本人。此时,粉蝶窥探到田海涛军统的徽章。这时候,飞龙帮的风爷正按照古老板的指示到处在上海查探军统的消息。查至青楼,遇到老相好小粉蝶,粉蝶为不敢隐瞒,把田海涛在青楼的事告诉了风爷。风爷把消息传至浅仓大佐处,浅仓大佐带上人马,把田海涛捉了起来。田海涛被囚禁在日军梅机关的监牢里被严刑逼供,受尽折磨。星野千里依旧不相信秦川失忆的事,星野向秦川说了一些往事,无奈秦川还是坚称想不起来,星野感到气愤便用测谎仪替秦川测谎。机器显示出来表明秦川在撒谎,星野气上心头,不停质问秦川为何撒谎,秦川没有回答,只是说自己失去了很多事,想求星野了结他性命,结束这一切,让他不再痛苦。
秦川和星野千里、田海涛一同与特工总部的胡先生和胡太太会面。胡太太认出秦川,说当年给秦川做过煤,并且聊了一些旧事。星野在聊天时,不忘说起曹三白坏话,然后似是故意地说起曹三白与胡太太的表亲关系。胡太太立刻与曹三白划清界线,并表示了胡先生与自己的忠心。聊着聊着,也说到了当年南京火车站的事。星野说多谢那时还是复兴社的秦川,念在了二人的师徒关系从而放掉了自己。田海涛听了,知道了当年是秦川放掉日军的,表示对秦川的佩服。而秦川与星野一行在与胡先生会面的地方,被沈若寒看见了,沈若寒告诉夏岚,说看见了一个很像秦川的人。夏岚当作秦川是死了的,但是因为沈若寒的话仍然抱有希望,无奈到了他们会面的地方,秦川已经上车了。苦命鸳鸯再次擦肩而过。而刚才饭局上的一出,星野是故意告诉其他人的,目的为了让大家认为当年是秦川帮他脱的身,这样可以令秦川在其他人眼中对国家的忠诚度大打折扣,也断了秦川后路。星野任命秦川为情报二课课长,并交待秦川第一项任务,而当秦川在任务中与人周旋之时,星野出现。
秦川面对曹三白的要求,表示了拒绝。曹三白见秦川软的不受,便来硬的。秦川在曹三白的胁迫之下,只能供出了梅机关准备干掉陈纳德的助手麦克严这一情报,曹三白得到情报后,便暂且信任秦川,并安排秦川要保护麦克严。事后,秦川和欧阳澈接头,把日军在华北的军事部署图交给欧阳澈,并告诉欧阳,现在自己梅机关和军统都要他去做卧底的两难境地。欧阳表示会尽力协助秦川,并且告诉秦川夏岚已经知道他还活着的事实,打算安排他们见面。但是秦川考虑到现在情况比较复杂,还是暂时不要见面为好。到了麦克严到达上海那一天,秦川表面上在执行梅机关的任务,但是暗地里却打算协助欧阳澈暗中护送麦克严。这时,田海涛也接到了星野私下安排的任务——监视秦川的举动,判断他是否怀有异心。在麦克严到达时,曹三白突然出现把麦克严掳走了,秦川在感到诧异的情况下,也假装狙击,往曹三白的车子开枪。而田海涛见状,认为秦川故意放走麦克严,便向秦川开枪。
田海涛死后,星野继续抓捕麦克严的行动。而秦川一边继续暗地里与地下党接头,另一边则继续表面上配合军统,曹三白说,本来有个接麦克严的人,但是这个人从来没有出现了,要么就是死了,要么就是被星野暗中关起来,要么就是这个人没出现,要求秦川去查探一下,如果见到此人要把他杀了,以绝后患。这个人就是早前被星野的妹妹,星野美和用美色诱其中计的梅子善。星野看中梅子善的父亲梅嗣冬救子心切和见利忘义的性子,已经与他谈判成功,把内线安插在重庆内部了。秦川在梅机关的江口小姐把一份财务文件,看见了最近的财务支出的地方,分析了几个梅机关在上海设置的安全屋,就是关着那个接麦克严的人的地方。星野美和把梅子善杀了,然后报了警,并在关着梅子善的酒店房间留下了叛徒该死的字样扰人耳目。这时上海的探长沈若寒接到警报,到了现场查看,而曹三白也派顾明杰入酒店查看一番,知道了梅子善被人先一步被干掉了。秦川为了知道关于梅子善的更多消息,然后找到了沈若寒。
叛徒梅嗣冬成众矢之的,被军日逼迫后,到达重庆,与星野美和碰面,星野美和利用自己在现场写下的“叛徒该死”字样作为证据,骗了梅嗣冬,说梅子善是军统所杀害的,梅嗣冬信以为真,听信了星野美和的一面之词,并被美和诱惑了。另一方面,沈若寒下定决心,买了戒指向夏岚求婚,并希望夏岚看清楚秦川的真面目,希望夏岚能对已经改变了的秦川死心,从而投入自己怀抱。然而知道真相的夏岚拒绝了沈若寒,面对沈若寒对秦川的怒骂,夏岚为了大局,只能忍着,任由秦川背负着骂名。地下党的欧阳澈通过与秦川接头,对最近梅嗣冬的失踪和梅机关的行动有所掌握。欧阳澈和秦川的讨论当中,谈论到梅机关有一神秘人物——情报一课的课长。此人在机关没有露过面,但是私下与星野联系,他们怀疑梅嗣冬降服日军的事与此人有关,因此欧阳澈让秦川多留意,开始查探此人。是日,梅嗣冬以中日亲善使者的身份来到上海,在梅机关接送梅嗣冬的途中,遇上痛恨日军的沈若寒故意阻拦,并且在星野、浅仓等人面前故意刁难秦川。
沈若寒作为杀手,前往枪杀梅嗣冬,梅嗣冬中枪倒地,梅机关的人见状立刻根据枪击方向回射。虽然让沈若寒逃脱,但是浅仓根据地上的血迹知道杀手已经中枪。沈若寒带伤到了夏岚住处,夏岚担心沈若寒,找到秦川寻求帮助。而星野美和早已命人在子弹上涂了毒药,沈若寒中了带毒的子弹。秦川查看了沈若寒的伤势,发现该毒是蓖麻毒素,需要到梅机关的实验室才能拿到解药。秦川先让夏岚去拿一点草药暂时缓解症状,而自己为救沈若寒,半夜冒险岛梅机关的实验室偷解药解毒。经过一番东躲西藏,秦川有惊无险,成功拿到解药。梅嗣冬虽然中了弹,但星野向手下说他并没死。并且取出了梅嗣冬所中的子弹,判断子弹是军统或者上海警察局所有。梅机关根据这一线索,希望查到更多的线索。星野千里知道星野美和在子弹上涂了毒药,和收到报告,说实验室有解药被偷了,而武器又是警察局所处,这种种线索交集起来,星野兄妹决定从警察局的人入手,向所有在册警员验身,查出杀手是谁。