一九三七年七月七日，盧溝橋事變之后，抗日戰(zhàn)爭爆發(fā)，同年十一月十二日上海淪陷，國民政府遷都重慶，南京被攻占，日本不斷派出飛機對重慶進行轟炸，戰(zhàn)爭進入相持階段。幾名日軍空降而下，當他們到達接頭地點時被圍住，日本女特務千代子救下他們。
1939年，重慶，蘇聯(lián)軍事代表團要到重慶和趙延年談判關于防空武器的事情，千代子接到命令要用影子計劃將談判破壞。日本女特務千代子準備綁架女大學生趙欣夢。千代子是大特務北條榮一名義上的獨生女，也是趙欣夢幼時失散的孿生姐姐。
趙欣夢的男朋友高志遠是王牌飛行員，他幾次在空中都化險為夷，聽到槍聲后高志遠將受傷的人救下，那人回去后將情況匯報給重慶軍統(tǒng)局，重慶全城都在搜捕日軍間諜。千代子一直從遠處觀察著趙欣夢和志遠的一舉一動。趙欣夢父親不想讓她和高志遠交往，她想參軍去抗擊日本人。
趙欣夢和千代子都因飛機轟炸而躲入地下防空洞，趙欣夢混亂之中看到了和自己長的一樣的千代子，但很快她又不見了。日軍在武漢秘密機場的位置正在通過電報發(fā)送，一群日本兵將發(fā)現(xiàn)了發(fā)報位置，他們將其包圍，發(fā)報員死在發(fā)報機前。重慶方面在等待著情報的到來，情報副本在李漢正身上。
趙欣夢被軍統(tǒng)陳舊安全送回家中，千代子去會見北條榮一派去的裁縫，他得知替換不順利，千代子要在蘇聯(lián)人到達前替換趙欣夢。千代子準備執(zhí)行備用方案，趙欣夢和同學去了裁縫店試衣服，千代子已悄悄潛入，在趙欣夢試衣服之機千代子將她替換，趙欣夢被捆綁起來。
假扮趙梓夢的千代子頭暈回到家中，吳媽端上熱茶感覺她喝時有些不對勁兒。趙梓夢被綁到了一處房間后被關押起來，她不清楚是什么人將自己綁起來，但聽到有人說日本話，她只能期盼父親來解救自己，但想不到另一個趙梓夢已替代她，千代子相信自已成功騙過了唐娜、陳舊和吳媽，但還要騙過趙延年，趙延年回家后了解到女兒不舒服，他沒進房間。
千代子接到的命令是利用身份將定時炸彈安放在會場上，她晚上去書房查看東西時被吳媽發(fā)現(xiàn)。趙延年準備帶著趙梓夢一起參加歡迎會，蘇聯(lián)專家提前到達了軍需署，千代子在樓上聽到了電話。趙梓夢的日語讓人放松了對她的警惕，但還是被關押起來。李漢正找部隊借車要趕回重慶去，王團長將油加滿后騎摩托車離開。陳舊開車帶著唐娜和趙梓夢，千代子在車上顯然有些語不搭意。趙延年接待了蘇聯(lián)的安德烈將軍。
趙梓夢被關押時聽到了外面日本人的通話，千代子被車帶走后去參加宴會，進門時她將抱打開檢查，但里面有一本大字典沒有檢查，千代子背著包進了歡迎宴會廳。李漢正的摩托車由于路上沒油只好停下來步行，他看到了屋里求救的趙梓夢。趙延年想讓女兒陪安德烈將軍說俄語，千代子不會講只好用英語回答，她趁機將定時炸彈放入指定地點，還做好了殺身成仁的準備。千代子背著包悄悄靠近了演講臺，她將包放在隱蔽地點后離開。
李漢正趁機殺死了日本人山下和其他看守人員，趙梓夢被解救出來，李漢正看到的燈光是她用燈光在打SOS求救信號。何長官的突然來臨讓趙延年帶人離開主席臺，他們剛離開定時炸彈就引爆了，幸好蘇聯(lián)專家沒事。趙延年猜出爆炸是日本人干的，千代子想詢問安德烈將軍的住所，但趙延年只字未提。千代子在樓上看著趙延年想起了日本人說過她媽是被他害死的。趙梓夢對于李漢正的幫忙表示感謝，李漢正發(fā)現(xiàn)死者身上的標志，他將她開車送往家中，躲在草叢的一名國軍軍官看到了他們離開。爆炸調查過之后發(fā)現(xiàn)爆炸點只有趙梓夢離開過，千代子晚上悄悄離開趙府，她向組織上匯報了暗殺情況，日本人準備用生化武器來對付安德烈將軍。
鐘克向趙延年匯報了爆炸案的情況，他認為是趙梓夢將炸彈帶進來的，她成了最大的嫌疑人，鐘克準備找趙梓夢談一下，吳媽去敲門時發(fā)現(xiàn)她不在房中，當她出來匯報時千代子從另外一個房間走出來，鐘克見到她后沒說啥就離開了。千代子悄悄潛入趙延年的房間將他衣服里的鑰匙制成模具，她趁做衣服之機將模具交給同伙，日本人準備跟蹤趙延年。千代子在趙延年門口以送茶之機聽到了他的電話，之后她將情報送了出去，她準備用趙延年開會之機在他辦公室里找到蘇聯(lián)代表團準備住處。
趙延年讓她在辦公室里等自己回來一起回家，他坐車去了重慶三峰山五號別墅，那是正是開會地點，會議上主要談論軍事物資的問題。千代子在趙延年辦公室里順利打開了保險柜，看完文件后她將柜子鎖上，她知道了蘇聯(lián)代表團的位置。趙延年感覺到女兒有變化了，千代子的話讓他更加疑惑。鐘克接到李漢正回來的消息還知道他救了趙梓夢，千代子夜間悄悄潛入五號別墅，她和同伙殺死衛(wèi)兵后沖向別墅。鐘克也根據情況做出安排，他上人封鎖趙延年的家，并在碼頭迎接真的趙梓夢。
千代子和同伙將毒氣彈投入安德烈將軍的房間，他們聞到后全部死亡。李漢正帶回了趙梓夢，王處長讓人將她送到軍統(tǒng)，他猜出背后肯定有陰謀。趙延年聽到五號別墅集體中毒后有些吃驚，保密局的人看到黑影進入別墅房間，他們沖進去后說明來意，趙延年只好讓他們過去搜查，但一無所獲。釧克見到趙梓夢后認出是她，她想回家被阻止，他對整個案件進行了分析，他知道這些情況后沒有盲目行動。
李漢正還將逃走漢奸的情況說出來，鐘克想一網打盡潛伏的特務，李漢正將擔憂說出來，他們將三男一女不慎死亡的消息登到報紙上。鐘克去了趙府命人跟蹤千代子坐的車。趙梓夢被李漢正控制起來，她借上廁所之機溜走，李漢正發(fā)現(xiàn)后過去追趕，他的及時出現(xiàn)救了被人追殺的趙梓夢。
千代子看到房外吉屋出租的告示后知道運送趙梓夢的任務已經失敗，趙梓夢想回家時被李漢正攔住，她想起那天被綁的事情。黃三交待那個日本人叫北條千代子，是北條榮一的女兒，面對逼供黃三交待了一切情況，還說認識的人都被李漢正打死。趙梓夢從來沒聽父親說過自己的孿生姐妹，鐘克知道她會和特務聯(lián)系，趙梓夢提出利用一下千代子的身份對付日本人。
千代子下課后答應跟著陳舊去看電影，但要先甩開跟蹤之人，千代子趁機將情報送到裁縫鋪，啞巴裁縫收到情報后離開，但他還是被軍統(tǒng)的人跟蹤了，黃三見到日本人后稱他坐在副駕駛的位置逃生，但他險些被日本特務識破。空軍英雄高志遠被敵機擊落的消息在報紙上傳開，趙梓夢看到后十分傷心，千代子從報紙上看到了趙梓夢的死亡是真實的。李漢正從黨組織那里知道北條千代子在執(zhí)行影子計劃，他知道情報不能明確地告訴鐘克，李漢正的任務是配合軍統(tǒng)全力阻止日本人的計劃。