陳四揚在曹夢飛影響下投身共產黨，身在敵營，赤誠為我黨工作，曹夢飛的犧牲，使他更為堅定。解放前的一次行動中，機智地在周默的槍口下解救了他的繼任領導崔亭山。解放初，崔亭山把他介紹到天津公安局工作。而崔亭山在偵破一樁特務破壞案件時，得到他潛伏敵營的妻子曲霞犧牲的消息。解放軍監聽站破獲敵人獨立臺(后改為神通臺)的一封絕密電報，我方立即成立專案組。崔亭山接受任務，擔任專案組偵察分隊隊長。組長張處長批準他破格用人，崔亭山準備把對敵人裝備熟悉的陳四揚調到北京工作。此時的陳四揚在天津，帶廖科長等人搗毀潛伏特務的一個據點，不料已“飛”南方的特務頭子周默與陳四揚遭遇，陳四揚沒有帶槍，跟蹤時暴露，周默攜妻子陳淑珍逃脫。回到局里，陳四揚受到孫局長的嚴厲批評，反省自己的失誤
崔亭山用人不疑，派偵察員蘇閔到天津接人。回京路上，陳四揚、蘇閔受到周默特務組織老鬼等人襲擊。陳四揚機智逃進樹林，造成他擺脫公安局控制的假象。周默命令手下嚴密關注天津、北京，下了務必追殺黨國叛徒陳四揚的處決令。陳四揚的妻子三妮從老家濟南回到天津，到處尋找陳四揚。老鬼等特務盯上三妮，尾隨她查找陳四揚下落。陳四揚在北京見到老領導崔亭山，被安置到崔的隔壁。崔亭山講明保密紀律，陳四揚擅自上街也受到批判。為了解案情，陳四揚自作聰明地用他懂唇語的本領“偷看”崔亭山對話，他雖出于好心卻觸犯了紀律。周默返津負有特殊使命，為實施所謂“天籟行動”積極準備。陳四揚利用在北京的舊關系，協助崔亭山找到敵人一部潛伏電臺，卻不是神通臺。特務光頭遵照周默命令來到北京，發現陳四揚的蛛絲馬跡。陳四揚分析案情時失口說出“神通臺”三字，引起崔亭山警覺。
崔亭山懷疑陳四揚采用了反偵察手段，含而不露地進行調查。蘇閔作為陳四揚助手，有監督他的責任，她雖沒查出陳四揚在電話上做手腳，卻發現陳四揚密拍了她的照片，加重了對陳的懷疑和敵意。三妮沒文化，人卻聰明，利用一個電話號碼反跟蹤特務找到周默據點。周默訓斥老鬼，只因他與陳四揚有約，沒有打死三妮。光頭在北京連續殺害陳四揚聯系過的多人。陳四揚再次失口，說出這個專案牽涉到新中國的安全。崔亭山發覺陳四揚有嚴重違紀行為，加之多人被殺給專案帶來的麻煩，準備送回陳四揚。陳四揚向崔亭山坦白了他懂唇語，想多了解案情是出于破案心切，承認了自己的錯誤，雖受到嚴肅的批評，但打消了崔亭山的疑慮。二人分析案情，陳四揚毫不猶豫地說明敵人下一個目標是他。隨案情推進，專案組決定查敵特經費，從海外匯款查起。陳四揚獲準參與工作，引出了光頭。崔亭山、陳四揚全力抓捕光頭，光頭撞車自殺。