A想起了自己的爸爸，小時候，A的父親在他喊餓的時候搶劫了一個女生，結果被別人打死，而蘇眠剛剛拉著她跑的動作，也喚醒了A?中為數不多的溫暖。
剛和蘇眠一起度過了一個難關的韓沉聽到了蘇眠給自己的錄音筆中的內容，不知不覺時，他和蘇眠的感情已經難以分割了。錄音里蘇眠的聲音聽起來絕望又害怕，但哪怕在這個生死的關頭上，蘇眠也還是滿腦子是韓沉，她雖然在說著和韓沉告別的話，但卻表達著對韓沉的不舍。在此之后，韓沉向蘇眠求婚了，他把戒指藏在了早餐里，給了蘇眠一個而驚喜。兩人的甜蜜讓時刻關注著蘇面的S心糾不已，在看見韓沉和蘇眠親密的舉動后，他撥通了許楠泊的電話，似乎啟動了一個計劃。
蘇眠為了字母團的案子去找許教授，但許教授不在家，只有許楠泊在。許楠泊狀似無意地給蘇眠看了她父親當年事發的卷宗，還要求蘇眠給他保密，不可以告訴許教授。卷宗上寫著蘇眠父親的死和字母團有關，也是因為此，蘇眠申請去字母團做臥底，想要找出還是自己父親的真兇。她裝作是一個口味刁鉆的客人，接近了有著一家咖啡廳的M，自以為字母團不知道自己真實身份的蘇眠還以為M這條大魚上鉤了，而實際上，M才是釣到了大魚的人。
同時，為了蘇眠去當臥底的請求，許教授為蘇眠找來了警局獵鷹小組的邢警官，幫助她完成任務。蘇眠刪除了自己在公安大學的檔案，抹去了自己和過去的一切關聯，完全變了一個人。開始為了接近M而混跡各種交際場，韓沉為了蘇眠加入了獵鷹組，也知道了蘇眠是為了去做臥底才變了一個人。就在知道了韓沉也成為了獵鷹組的一員后，蘇眠將自己父親殉職的事情高起訴了韓沉，韓沉也開始全力配合她的工作。
為了讓蘇眠打入到字母團每部，警方策劃了一起假的殺人案，讓蘇眠變成了制造案件的兇手。她去了夜店找了一個男人，不停地和他喝酒跳舞，最后男人把她帶回了家，想要繼續和她喝酒，但蘇眠卻讓男人給自己在微波爐里加熱罐頭，導致了微波爐爆炸，殺死了男人，并讓這一切看起來都只是個意外。在讓M?看了自己“制造”的現場后，蘇眠終于打進了字母團內部，也掉進了S精心布置的陷阱里。
在字母團開辦的派對上，蘇眠逐漸熟知了字母團中所有成員的身份，唯獨無法接近獨自坐在一旁的S?。當蘇眠在和字母團的殺手們套近乎的時候，L告訴了S蘇眠帶著一個追蹤器，S倒是混不在意，他覺得警方不會很快行動。第二天，蘇眠正式以真面目進入到了字母團的總部，以代號H成為了字母團表面上的一員。但她沒想到的是，字母團里的人一早就知道她的身份，在字母團的總部，蘇眠驚訝地發現辛佳也是字母團的一員，這時蘇眠終于發現自己的身份早就已經暴露了。
她假裝鎮定地去了他們給自己安排的房間里，卻在半路上誤打誤撞進入了另一個房間，她不小心觸動了開關，于是就看到了S?跟蹤拍攝下來的關于她的許多錄像，這下蘇眠真的慌神了，她不明白為什么在知道自己的真實身份的情況下，對方還會讓自己成為所謂的“臥底“進入到他們組織的核心內部。她用許博士事先給自己的聯絡工具發送了求救的加密消息。S將蘇眠帶到了一間放著蘇父遺照以及掛滿了她從小到大的照片的房間里，S告訴蘇眠，當年殺死她父親的人就是自己的父親，在目睹了蘇父的死后，S識到了自己對蘇眠的傷害于是開始默默關注著蘇眠，甚至愛上蘇眠。兩人發生了激烈的爭吵，最后S將蘇眠關在房間里，并告訴她他會感受到“愛而不得“的感受。
在蘇眠發出了求救消息后，許教授就急急忙忙帶著剛剛破解出來的譯文趕往公安局，但他在路上發生了車禍，被一輛大貨車撞擊后就暈了過去。開車撞了許教授的就是他的兒子許楠泊，許楠泊在父親的衣袋中找到了蘇眠發出來的求救信息后，就將父親送到了醫院里。許教授醒來后，他質問兒子是不是知道些什么，許楠泊終于露出了自己的真面目，將父親從窗戶推下了樓。
韓沉得知許教授出車禍的消息后，決定自己去解救蘇眠。他根據蘇眠身上的定位器發來的位置，帶著一隊警員去到了遠在市郊的一個倉庫里，而這其實是字母團設的一個陷阱，T抬著上了膛的槍，早已埋伏在倉庫里。
在蘇眠走進自己的房間的同時，A和L找到了蘇眠的表妹白錦曦，這個和表姐蘇眠長的一模一樣的白錦曦被一身警服打扮的A和L唬住了，誤以為他兩是來找她解救蘇眠的。A和L將白錦曦帶到了一個荒廢的倉庫里，把她打扮得和正在臥底的蘇眠一摸一樣。
蘇眠發現自己無法逃出去后，抱著父親的照片大哭。就在此時，S實現安排好的一道暗門緩緩打開了，蘇眠順著暗門后的通道跑了出來，但她只能順著自己的本能走，按照著S預估的那樣來到了S所在的地方。
另一邊，白錦曦也發現了事情有點不對，當A和L將她帶到室外時，她看見三個男人被關在狗籠之中。她終于發現這兩個人在騙自己，A和L用事先錄好的視頻告訴白錦曦蘇眠被他們關起來了，只有乖乖聽話才能解救蘇眠。白錦曦讓兩人放了那三個男人，對方居然答應了她的要求。就在三個男人逃走的時候，得到了蘇眠確切位置的警方也趕到了，聽見了響動的A拔槍殺死了那三個男人，白錦曦想要用剛才L給自己的槍阻止A，但沒想到槍里沒有子彈。而從剛剛感到的警員們看來，殺死那三個男人的人是蘇眠。A和L利用視覺角度的差異成功嫁禍給了臥底的“蘇眠“，還成功將“目睹“了“蘇眠“殺人后想要上前的警員炸死。目的達成后，A將白錦曦逼到墻角一槍殺死。
蘇眠自然也從監控器中看到了事情的經過，也親眼目睹了妹妹的死。就在蘇眠和S打斗的時候，發現了辛佳也是字母團成員的韓沉找到了S藏身的地方，他輕而易舉就帶走了蘇眠，并未發現有哪里不對。就在兩人跑到了空曠的地方時，A按下了手中的遙控，引爆了事先就埋好了炸彈。蘇眠因為爆炸陷入了昏迷，還清醒的韓沉也被趕回來的許楠泊一章劈暈。
現在，S的計劃就剩最后一步了。他讓其他成員將自己，蘇眠，韓沉放在同一間房間里，釋放了辛佳研制出的毒藥，利用藥性使三人都失去了記憶。
S的目的就是要讓時間回到和蘇眠初次認識的時候，好讓蘇眠和自己有機會重新開始，而不是以罪犯和警察的身份爭鋒相對，愛而不得。
白錦曦的身份終于不再是一個叛變的臥底，蘇眠和韓沉這對歷經了許多磨難的有情人也終于守得云開見月明，字母團這個犯罪集團也終于被警方平反。在案子結束后，韓沉和蘇眠離開了黑盾組，冷面和女友趙子柒也變成了未婚夫妻，嘮叨找到了小時候曾經幫助過自己的老警察，還認識了對方美麗的女兒，小篆也在警局里意外邂逅了一位漂亮的女警。日子是那樣的風平浪靜。
冷面告訴蘇眠，徐司白的尸體在河水落潮的時候被找到了，雖然面目全非?，但DNA比對的結果顯示那就是那個大名鼎鼎的犯罪高手S。恍惚間，蘇眠似乎又看見了那個冷峻挺拔的背影，她看著他從離自己不遠的座位上站起來緩緩走出了她的視線，走出了她的生命。
他剛剛坐過的位置旁有一張桌子，桌上除了一杯沒喝完的咖啡之外，還放著一張蘇眠的畫像，畫像的一角上寫著一個“S“。