故事發生在1941年11月，在太平洋戰爭爆發前夕，日軍鐵蹄在中國的國土上肆意踐踏，上海灘也籠罩在白色恐怖中。日偽特務機關76號主任李力行多次糾結手下和平軍隊對江浙一帶進行清鄉掃蕩，我黨的地下工作遭到破壞，多虧潛伏在76號的我黨特工“杜鵑”傳出情報，才避免了更大的損失。
地下黨員李正勛奉命去南翔火車站接一部電臺，76號情報處處長葉興城事先得到情報，派人在火車站蹲守，杜鵑向李正勛發出警示，李正勛拼命奔逃，結果還是中埋伏被捕。葉興城，副處長方嘉樹等人不眠不休，對李正勛進行輪番審訊，可他就是不松口。
76號的監獄里彌漫著血腥之氣，共產黨員李正勛被嚴刑拷打了三天三夜，他遍體鱗傷，血肉模糊，可他就是不肯說出杜鵑的下落。陶玉玲是共產黨地下工作者，以求醫之名帶著女兒和兒子來上海，她把孩子們安頓到興華旅館，對女兒千叮嚀萬囑咐一番，然后反鎖房門就匆匆出去了。
陶玉玲來天和暢飯館找未婚夫老趙，老趙也是地下黨，他以飯店為掩護展開地下工作。兩個人久別重逢，激動之情溢于言表，老趙顧不上和陶玉玲訴說離別之苦，迫不及待向她傳達上級的任務，上級擔心杜鵑的安全，讓陶玉玲和他取得聯系，陶玉玲得知方嘉樹就是杜鵑，她大為吃驚，他們是老相識，可是多年沒見了，她擔心方嘉樹認不出她來，老趙把接頭暗號告訴她。老趙突然聽到窗外有人偷聽，急忙追出來，那個人嚇得狼狽逃竄，老趙叫上伙計去追他。姐姐想打開房門出去，她費了九牛二虎之力也打不開，她只好耐心等待。
李正勛被打得又一次暈死過去，葉興城很不耐煩，他又困又累，讓帝國醫科大學畢業的方嘉樹給李正勛打一劑強心針，李正勛紋絲沒動，葉興城很沮喪，對潛伏在76號的地下黨杜鵑恨之入骨，方嘉樹氣定神閑地說出他們都有嫌疑的話，在場的特工都噤若寒蟬，葉興城想再補一槍讓李正勛徹底斃命，方嘉樹借口要拍照留檔，他好說歹說把葉興城勸走，葉興城硬著頭皮去找李力行復命，催方嘉樹盡快來和他匯合。
方嘉樹把李正勛推到太平間，給他注射了一針強心劑，強行把他喊醒。李正勛拼盡最后一口氣講述了事情的經過，他去南翔車站和海潮接頭，海潮帶來一部電臺以及李力行的情報，那是專門給方嘉樹的情報，結果遭到76號特務的圍攻，海潮把電臺藏在車站，李正勛提醒方嘉樹小心內部的叛徒，說完這一番話，李正勛就犧牲了。
陶玉玲和老趙等人對那個人窮追不舍，那個人一邊撤退一邊還擊，把老趙打傷，陶玉玲堵住那個人，那個人承認聽到他們接頭的暗號，然后撒腿就跑，老趙強忍疼痛去追那個人，那個人走投無路只好跳河逃生。陶玉玲給老趙簡單包扎，老趙催他盡快去和方嘉樹聯系，以免方嘉樹有危險。
方嘉樹來錢老板的夜總會向李力行復命，錢老板對旁邊陪酒的朱玉惡語相向，方嘉樹站出來為朱玉解圍，錢老板得知李正勛被打死，對方嘉樹和葉興城出言不遜，大罵76號特工無能，揚言要找丁部長告狀，方嘉樹氣得當場翻臉，把一杯酒潑在他臉上，錢老板頓時傻眼了，他嚇得灰溜溜離開。
李力行勸方嘉樹不要把此事放在心上，就和夜總會的姑娘們劃拳行令，還讓輸了的朱玉親方嘉樹，朱玉只好照辦，方嘉樹很難為情。
李力行左擁右抱，和夜總會的姑娘們把酒言歡，方嘉樹和葉興城趕忙識趣地離開，他們為了審訊李正勛三天三夜沒合眼，方嘉樹想早點回家睡覺，葉興城請方嘉樹去青樓回春院按摩放松一下，方嘉樹只好奉陪。
葉興城和司機賈玉章各自進了自己的包間，方嘉樹事先和按摩技師說好，如果他睡著了，技師就不用再按摩，方嘉樹假裝睡著，按摩技師見狀離開，方嘉樹悄悄離開了回春院，他連夜來到南翔車站，想找到海潮藏在這里的手提箱，里面有電臺和組織上給他的重要情報，方嘉樹巧妙避過車站的巡警，在車站里四處尋找。
葉興城去衛生間，突然發現方嘉樹不見了，他早就對方嘉樹有所懷疑，沒想到他真的偷偷離開了，葉興城立刻把賈玉章叫出來，他們分頭去找方嘉樹，約好了在女同事蘇雅露家匯合。方嘉樹在車站倉庫仔細尋找，終于找到那個手提箱，他立刻開車往回趕。
方嘉樹搶先一步來找蘇雅露，葉興城隨后趕到，遠遠看到方嘉樹的車在樓下，他氣得咬牙切齒，葉興城對蘇雅露仰慕已久，可方嘉樹竟然捷足先登，葉興城在樓下等賈玉章，還特意讓賈玉章買了一束鮮花送給蘇雅露，他遠遠看到蘇雅露和方嘉樹一起離開，還是讓賈玉章把鮮花放到蘇雅露家門口。蘇雅露和方嘉樹都是軍統特工，他們假扮未婚夫妻，蘇雅露一年前把方嘉樹調到76號，他們約好了定期把情報匯總向上級報告。
蘇雅露陪方嘉樹吃早飯，上級讓他們盡快找出潛伏在76號的共產黨特工杜鵑，蘇雅露想盡快和方嘉樹結婚，方嘉樹借口在老家有老婆推諉，蘇雅露賭氣要嫁給葉興城，方嘉樹提醒她以工作為重，李力行和葉興城都懷疑他是共產黨，他不敢有絲毫差錯。
陶玉玲費盡周折終于找到76號，以方嘉樹太太的名義來找他。早飯后，方嘉樹把手提箱帶回家，里面裝了一部電臺，還有一張紙條，上面寫了關于李力行的情報，方嘉樹突然接到葉興城的電話，他急匆匆趕回76號。葉興城帶著所有同仁在大門口迎接方嘉樹，慶祝他們夫妻團聚。
陶玉玲一見到方嘉樹，不容分說就沖上前解他的衣服，確認方嘉樹肩膀上有那顆黑痣，才和方嘉樹相認，葉興城終于可以光明正大追求蘇雅露，心里別提多開心了，他給陶玉玲找了一身干凈衣服換上，然后纏著陶玉玲問東問西。方嘉樹和陶玉玲從小一起長大，他們之間沒有任何生疏感，陶玉玲在葉興城面前對答如流，葉興城催方嘉樹帶著陶玉玲回家，陶玉玲主動提出幫葉興城介紹對象。
方嘉樹帶陶玉玲回家，陶玉玲迫不及待說出接頭暗語，方嘉樹想起李正勛臨死前對他的提醒，懷疑陶玉玲是奸細派來的，陶玉玲只好說出舊的接頭暗語，把趙全章為追叛徒受傷的事說出來，方嘉樹半信半疑，仔細盤問其中細節，陶玉玲著急讓方嘉樹去救趙全章，一再表明自己身份，方嘉樹還是不能確定，就把她捆在柜子里，才放心出門去找趙全章。
葉興城故意錄下方嘉樹和陶玉玲的吵鬧聲，然后拿來向蘇雅露示好，蘇雅露根本不買賬。方嘉樹來到陶玉玲說的地方，沒有發現任何異常，確定趙全章已經順利逃脫，他還是懷疑陶玉玲的身份，繼續捆著她不放。
方嘉樹喂陶玉玲吃飯，陶玉玲才想起孩子們還在旅館等她，她一口咬定小石頭是方嘉樹的，方嘉樹根本不信，他們小時候有婚約，可他去日本留學前給陶玉玲寫了休書。方嘉樹突然接到葉興城的電話，李力行召集他們開會，方嘉樹把陶玉玲關到柜子里，答應去旅館找孩子們。
李力行怒氣沖沖來開會，發誓要把藏在76號的杜鵑抓出來，去年他在聽雪軒抓了女共產黨陳雪，現場只有方嘉樹和葉興城，陳雪指認葉興城是她的同伙，葉興城急得大聲喊冤。李力行拿出南翔車站搜集的證據，對葉興城和方嘉樹等人破口大罵，把證據扔在葉興城臉上，逼他們盡快查出杜鵑的下落。
會后，葉興城來找方嘉樹大吐苦水，方嘉樹對他好言相勸，李力行是葉興城的姐夫，他不會懷疑葉興城的，葉興城催方嘉樹盡快和蘇雅露分手，方嘉樹不許他多管閑事，然后就來找蘇雅露。蘇雅露故意在同事面前讓方嘉樹難堪，然后悄悄向他傳達了上級銀狐的命令，讓他們盡快找出杜鵑，銀狐接到情報，共產黨派代號麻子的人會找杜鵑接頭。蘇雅露懷疑陶玉玲的身份，方嘉樹反復講明他們從小一起長大的發小。
葉興城派賈玉章秘密調查方嘉樹和李正勛有沒有關系，結果一無所獲，只是李正勛臉上的表情很怪異，葉興城不甘心就此放棄，他趕忙來查看李正勛的尸體，發現他是微笑著離開的，賈玉章出主意栽贓陷害方嘉樹是杜鵑，然后靜觀其變，葉興城覺得此計可行。
方嘉樹來到約定地點蹲守，遠遠看到震旦大學教授孫懷民進了咖啡館，他打電話到咖啡館，孫懷民準確說出接頭暗號，方嘉樹把見面地點改在大戲院門口，他喬裝改扮來到大戲院，把孫懷民帶到安全地點，孫懷民只知道李正勛有一個女朋友，方嘉樹清楚地記得李正勛臨死前說過他懷疑兩個人出賣了他，一個是孫懷民，一個是他未婚妻唐星如。
方嘉樹把關在大衣柜的陶玉玲叫出來，他們倆都準確說出接頭暗號，方嘉樹一時難辨真假，因為組織上派人和他單線聯系，暗號不可能再告訴第三個人。