一九三五年，抗戰(zhàn)全面爆發(fā)，國共之爭陷入僵持，代號“蜂巢”的日本反共侵華機構(gòu)派遣大量特務(wù)潛入上海，為全面侵華做足準備，企圖進一步瓜分中國。眼下國民政府為鞏固政治權(quán)力，也在上海這個列強割據(jù)、黑幫混戰(zhàn)的地界建立青山軍校，加緊對學(xué)員進行反共清剿的訓(xùn)練，同時防止各種勢力蔓延。
校長蒲叢依靠青山軍校編織一張龐大的情報網(wǎng)，立于信息戰(zhàn)不敗之地。學(xué)員顧盼、田橋潔皆為翹楚，二人互相競爭又是知心姐妹，顧盼與教官譚仲文秘密相戀，卻不知田橋潔亦傾心譚仲文已久。
很快顧盼收到青山軍校暗中指令，命其獨自執(zhí)行暗殺日本文化司司長神谷浩二的任務(wù)。日本行動隊副隊長羅星明和隊長龍智捷奉命保護其安全，日本領(lǐng)事館武官松本健太更是親自前往車站迎接。
期間羅星明注意到顧盼背著大提琴走在街上，心里生出一絲疑慮。反觀顧盼埋伏在火車站對面的賓館房間，拿出狙擊槍瞄準目標人物準備射擊。由于神谷浩二被全程保護，顧盼藏身房頂開槍將其擊斃，然后銷毀證據(jù)逃離現(xiàn)場，待羅星明趕來已是人去樓空。
顧盼喬裝男裝混入人群，仍是被羅星明一眼發(fā)現(xiàn)，立刻朝她開了一槍，不偏不倚打中腹部。情急之下，顧盼跑到秘密地點漿洗店與接頭人碰面，沒想到接頭人竟要將他滅口，幸好顧盼有所察覺，一番激烈打斗后，終將對方殺死。
因顧盼負傷在身，行動不便，搶了一輛汽車就要離開，結(jié)果又碰見羅星明，為此展開瘋狂角逐。同一時間里，國民政府軍事委員會第二廳廳長張華貴緊急開會，針對神谷浩二遇害事件進行討論。侍從室主任王盛鄉(xiāng)轉(zhuǎn)達日方追究到底的意思，首先將矛頭指向青山軍校，蒲叢面對質(zhì)疑，承認青山軍校存在疏忽失察，其他人覺得這件事極有可能是共黨所為。
事實上，數(shù)日前日本侵略者已制定計劃，意欲實施破壞中國的經(jīng)濟。日共黨員神谷浩二來華是為將情報轉(zhuǎn)交共黨，奈何遭遇暗殺，以至于情報內(nèi)容石沉大海。上海地下黨組織負責(zé)人崔文生迅速上報，請示起用代號變色龍，實為愛國人士的羅星明受命潛伏蜂巢組織，尋找顧盼之余查明情報內(nèi)容。
反觀顧盼完成任務(wù)后淪為棄子，以龍智捷、羅星明為首的行動隊對她展開追殺。蒲叢將顧盼冠以叛國罪之名，徹底將她推向不可翻身的死地，甚至派遣田橋潔執(zhí)行殺死顧盼的任務(wù)。顧盼難以置信，還未等田橋潔扣動扳機，龍智捷和羅星明帶領(lǐng)日本使館武官隊出現(xiàn)，田橋潔因爆炸身亡，顧盼重傷逃生。
如今青山軍校也在清查顧盼的物品，譚仲文無力阻止，急忙去找蒲叢獲悉顧盼行蹤。當(dāng)晚顧盼躲在胡同里，本以為能躲過一劫，卻還是被羅星明發(fā)現(xiàn)，只好開車沖了出去。趁著羅星明自顧不暇之時，譚仲文及時救走顧盼，把她帶回自己家里。
盡管羅星明沒有查出情報內(nèi)容，但是他得到神谷浩二交給自己的手表，拆開表沒有發(fā)現(xiàn)異常，倒是表盤紋路復(fù)雜且奇怪，像是某種圖案。顧盼夢見田橋潔追殺自己，驚醒后向譚仲文道出來龍去脈，譚仲文聞言若有所思。
現(xiàn)在還無法確定幕后主謀的真正動機，譚仲文準備送顧盼去哈爾濱的秘密據(jù)點避風(fēng)頭，結(jié)果兩人的行蹤都被人監(jiān)視。龍智捷收到消息帶著羅星明趕往碼頭，注意到一位戴著口罩的女保潔員，顧盼趁機跑了出去，正當(dāng)她要靠近譚仲文的汽車，豈料汽車爆炸，譚仲文葬身火海，令她悲痛欲絕。轉(zhuǎn)眼過去十天，各方勢力仍是沒有找到顧盼，蒲叢查過機要室檔案，根本沒有人發(fā)出這個刺殺命令。
時至今日，顧盼下落不明，反倒是譚仲文死里逃生，心里已經(jīng)認定顧盼再無活著的可能。蒲叢鼓勵譚仲文應(yīng)該振作起來，他可以怪自己這個義父，但是自己永遠把他當(dāng)作兒子，他應(yīng)該替顧盼好好活著。
羅星明親自前往日本駐滬領(lǐng)事館拜訪恩師松本，試探性詢問他如何看待神谷浩二遇刺事件，兇手又是屬于哪方勢力。但是松本沒有正面回應(yīng)，告訴他這件事情就此終結(jié)。隨后羅星明按照計劃安排云姐營救顧盼，并將顧盼帶回哈爾濱療養(yǎng)，待其傷勢穩(wěn)定后實施下一步計劃。
云姐是崔文生的得意門生，亦是一名優(yōu)秀的共產(chǎn)黨員，顧盼醒來后想起當(dāng)年暗殺閆璐海時見過對方，而她戒備心極強，堅持要離開，云姐則是告知顧盼已被全城通緝，如果想要查清真相就得做好充足準備。
隨著日寇侵華的意圖日益明顯，中華民族到了決定生死存亡的關(guān)鍵，中國共產(chǎn)黨呼吁建立最廣泛抗日民族統(tǒng)一戰(zhàn)線，愛國青年甚至國民黨內(nèi)部的愛國人士都投入到這場抗日救亡運動之中。身為骨干力量的云姐受命照料顧盼，試圖讓她棄暗投明，只是顧盼狀態(tài)始終不太穩(wěn)定，羅星明亦是棋行險招。
經(jīng)過一番考量，顧盼為找出陷害自己的黑手，不得不暫時留在哈爾濱。云姐在執(zhí)行任務(wù)中受傷，強忍著傷痛為自己包扎，顧盼則是主動過來幫忙，完全確定她就是共產(chǎn)黨。而在另一邊，羅星明無意間發(fā)現(xiàn)蜂蜜蓋子的圖案，結(jié)合手表盤紋路，立馬聯(lián)想到蜂巢。
因為云姐的身份，顧盼對她多了幾分信任，向她展示這些日以來搜集的信息。顧盼經(jīng)過抽絲剝繭后認定青山軍校存在問題，便在云姐的分析和建議下，決定只身返回上海故意引起注意，佯裝被抓潛入行動隊，找出自己被陷害的原因。
龍智捷帶著羅星明來到刑房，顧盼遭受嚴刑拷打仍是沒有透露半個字，憑借著一股倔強的勁兒，引起龍智捷的興趣。在龍智捷的授意下，羅星明單獨給顧盼做思想工作，勸說她加入行動隊，而這一切正是他和崔文生共同商定的計劃。
崔文生通過神谷浩二留下的線索，查到神秘組織“蜂巢”是由多個國家堅定的法西斯分子組成，他們的目的就是消滅共產(chǎn)主義，建立統(tǒng)一的法西斯世界。因為這個組織亞洲的分部在日本，所以收到命令已經(jīng)抵達上海，徹底在亞洲展開法西斯主義，崔文生交代羅星明密切關(guān)注其動向，絕不能有半點懈怠。
譚仲文出院后回到青山軍校，打起精神培訓(xùn)新一批學(xué)員，其中包括王敏和夏恩等人。副校長黃素梅靠特效藥審訊犯人，始終相信就算共黨骨頭再硬，照樣還是有軟肋。學(xué)校臨時演練一場突發(fā)危機情況，學(xué)員郭俊超滿分通過，對于環(huán)境觀察細致入微，夏恩亦是反應(yīng)迅速，唯有王敏還未及格，心里有些不平衡。
隨后譚仲文帶著學(xué)員們參觀痕檢中心，主任楊謙假扮死人給大家嚇了一跳，譚仲文早就習(xí)以為常。接下來的射擊考核中，夏恩難以克服心理障礙導(dǎo)致排名墊底，黃素梅看出她的異樣，吩咐王敏替她監(jiān)視夏恩的一舉一動。
早在夏恩來軍校以前，她就決定要替顧盼潛伏在軍校里查找線索，顧盼心情復(fù)雜，提醒她一旦選擇這條路就沒有回頭的機會。羅星明主動來找云姐，順便跟她談起對顧盼的印象，認為她是一個比自己想象中還要堅強的人，云姐點破他喜歡顧盼的心思。
夏恩趁四下無人靠近校長辦公室，猶豫許久又轉(zhuǎn)身離開，殊不知，這一幕被黃素梅看在眼里。龍智捷當(dāng)眾宣布顧盼正式加入行動隊，給她分發(fā)一把手槍，傳達今晚去碼頭接應(yīng)物資的任務(wù)。
羅星明注意到顧盼目光盯著自己，便微笑回應(yīng)是例行公事，讓她不必緊張。龍智捷站在旁邊觀察這一幕，感覺到兩人關(guān)系不一般，倒是沒有直接拆穿。正當(dāng)眾人從碼頭搬運貨物，一伙人匆忙趕來將他們包圍，一時間槍聲四起，顧盼在人群中看到譚仲文。
意識到譚仲文還活著，顧盼驚喜交加，待她反應(yīng)過來后，羅星明已經(jīng)把她拉到旁邊躲避子彈。羅星明提醒顧盼生命只有一次，意思讓她不要在這個時候考慮兒女私情，但是顧盼為救發(fā)現(xiàn)有人要暗殺譚仲文，及時朝對方開了一槍。
龍智捷等人火速撤離碼頭，回到倉庫后，有人懷疑顧盼走漏風(fēng)聲，直接朝她身后踹了一腳。顧盼滿心委屈，毫不猶豫地反手制服此人，正要痛下殺手被龍智捷阻止。龍智捷對其矯捷身手大為贊嘆，同時產(chǎn)生了些猜忌。
譚仲文帶人檢查碼頭發(fā)現(xiàn)這些走私貨物都是雷管，并且找到一個尚有生命體征的殺手，立馬送往醫(yī)務(wù)室讓楊謙搶救。楊謙連續(xù)幾個小時的手術(shù)，成功取出子彈檢驗型號，發(fā)現(xiàn)殺手體內(nèi)的彈殼并非軍校所有，而是來自行動隊，所以他和譚仲文猜測有臥底潛伏在行動隊。
羅星明已經(jīng)獲悉日方想要破壞中美航空隊的會談，松本更是下達命令要刺殺美國空軍代表，由羅星明配合龍智捷負責(zé)行動任務(wù)。但是羅星明總覺得事情有些不對勁，因為按照慣例重大任務(wù)之前是不可能有其他任務(wù)插進來，結(jié)果這次他們竟為一批貨物與青山軍校的人交火，實在是有些反常。
崔文生認同羅星明的觀點，叮囑他繼續(xù)觀察，若有情況隨時聯(lián)系。經(jīng)過這段時間，崔文生詢問羅星明對顧盼的看法，羅星明表示她讓自己的刮目相看，如果有機會相信她一樣會為國家和民族做些事情。
黃素梅派人抓住夏恩進行心理審訊，引導(dǎo)她說出埋藏在心里的秘密。夏恩滿腦子都是父母被殺的畫面，正當(dāng)她不受控制準備講出來，譚仲文急忙趕來打斷審訊。但是黃素梅并未因此放棄，豈料夏恩已經(jīng)恢復(fù)些許意識，將計就計謊稱父母外出郊游被歹徒殺害，成功蒙混過關(guān)。
其實早在之前，顧盼已經(jīng)提醒夏恩提防青山軍校里最有威脅的兩個人，分別是校長蒲叢和副校長黃素梅。因為黃素梅早年留學(xué)美國攻讀心理學(xué)博士，更是青山軍校出了名的審訊大師，平日里負責(zé)每期學(xué)員的綜合測量，實則對每位學(xué)員進行忠誠度考核，夏恩想要通過審訊就要在謊話里摻著真話，只有無限接近真實的謊言才難以拆穿。
蒲叢臨時開會召集大家，拿出已經(jīng)搜集的線索進行分析，楊謙全程故作鎮(zhèn)定，待沒人后向譚仲文透露一個秘密，那就是自己曾在現(xiàn)場搜集回來的證物里發(fā)現(xiàn)顧盼遺落的耳環(huán)，所以猜測在碼頭開槍救譚仲文的人就是顧盼。
在譚仲文的懇請下，楊謙為他分析顧盼最有可能藏身的地方，并且將搜查名單提供給蒲叢時，故意將這個地址放在最后，盡量給譚仲文爭取時間。夏恩躲在門外偷聽談話，直至談話結(jié)束才悄悄離開。
隨后譚仲文獨自前往倉庫，想要在青山行動隊找到這里之前確認顧盼是否活著。可惜譚仲文還是爆料身份被龍智捷抓住，龍智捷知道譚仲文曾是顧盼的教官，便讓她來親自審訊。昔日戀人再次見面，已經(jīng)是對立陣營，譚仲文難以相信顧盼會背叛國家當(dāng)漢奸，可是顧盼無法吐露自己的苦衷，只能在龍智捷和羅星明面前對譚仲文實施酷刑。