1937年8月初，隨著日軍侵華戰(zhàn)爭的展開，規(guī)模空前的淞滬會戰(zhàn)即將在遠東第一大都市上海展開，中國最高統(tǒng)帥部決定“先發(fā)制敵”，一舉殲滅長江上的所有日艦，消滅日本海軍陸戰(zhàn)隊，贏得戰(zhàn)爭的先機……
長江的一艘游輪上，愛國學生不失時機地宣傳抗日，焚燒日貨，藍胭脂扮成盲人的樣子來到甲板上，一路用著盲杖小心翼翼地兜了一圈回到內(nèi)倉，之前一直在倉外畫畫的她的閨蜜馮曼娜早就在那里恭候了。她向閨蜜匯報第一個撞她的是個老頭，還是個瘸子，因為他走路的時候一腳輕一腳重，至于判定他是個老頭則因為聽到對方喉嚨里有痰；第二個撞她的則是個時髦的女人，噴的香水是法國的夜巴黎，擦的胭脂則是雙妹牌的，聽口音感覺不是上海人……閉著眼的她甚至用耳朵判斷出外面集會燒日貨的學生一共有三十九人。曼娜恭喜胭脂全部答對，并表示她的聽力、判斷力、洞察力都是一流的。
胭脂又對曼娜說她回來的時候遇到了兩個奇怪的人，一個扶了一把差點摔倒的自己，這么熱的天居然穿著一身毛料西服，熱得身上手上都大汗淋漓的；另一個是個酒鬼，大白天喝得醉醺醺的，撞到她的時候不知道腰里別著什么東西，硌得她生疼，說到這里兩人都反應(yīng)了過來那不會是槍吧？
藍胭脂打算出門打探一番，在船艙轉(zhuǎn)角處撞上了之前遇到過的時髦女人，兩人手里的化妝包都打翻了，那時髦女人拿起藍胭脂的雙妹胭脂硬說是自己的，藍胭脂于是拿起一模一樣的另一盒塞進包里。當藍胭脂繼續(xù)到處查探時被那個醉酒男子用槍脅迫到機艙內(nèi)禁錮了起來，此人的真實身份是救國會特勤處的特工宋勉。
時髦女子和一陌生男子在甲板上秘密遞交情報，這一幕落入宋勉的眼中，他的大腦數(shù)據(jù)庫立刻跳出日本間諜井上純子和龍二的名字。井上純子剛在房間里把情報塞入胭脂盒走出房門就被一男子用槍支脅迫帶走。
曼娜久等胭脂不回于是出房間一路小心翼翼地找著胭脂的行蹤，胭脂此時正被手銬銬在柱子上動彈不得，突然她摸到柱子上有機油，于是靈機一動把雙手涂滿機油，用盡全力將手從手銬中褪了出來。重獲自由的胭脂與曼娜會合，她告訴曼娜特務(wù)共有三個，她們必須盡快告訴船長。路上卻不幸落入龍二之手，幸虧宋勉等人一直關(guān)注著龍二的行蹤及時出手擊斃了龍二救下藍胭脂，帶走了井上純子，純子在緊急關(guān)頭將裝有情報的胭脂盒塞入了藍胭脂的包里。
游輪靠岸，日本特高科偵查股股長渡邊一郎坐在車內(nèi)迎接井上純子的到來，沒想到井上純子竟是被押送著出來的，井上純子用摩斯密碼將自己的處境告訴渡邊一郎，渡邊一郎收到消息即驅(qū)車離開，在宋勉的車和渡邊的車交匯之時井上純子故意偏過頭去露出空門，渡邊一槍將其斃命。
救國會上海站，站長萬志超正在聽取工作報告，宋勉回來了，他告訴站長此行一無所獲，只是從龍二嘴里挖出了含有巨毒的不完整的作戰(zhàn)圖，純子身上的情報應(yīng)該已經(jīng)轉(zhuǎn)移，不排除船上還有日本人的接應(yīng)者。萬站長稱此事事關(guān)淞滬會戰(zhàn)的關(guān)鍵，二十四小時后宋勉務(wù)必要將他需要的東西拿到。
渡邊把純子最后留下的情報翻譯給課長，純子把情報轉(zhuǎn)移到了一個叫藍胭脂的女子身上，課長下令務(wù)必盡快查到藍胭脂的下落。
日本人很快查到了藍胭脂的底細，她是南京中央大學數(shù)學系的學生，父親藍長明是上海金信銀行的老板，有一定的勢力和影響力，其政治態(tài)度反日親英美。還有一個重要發(fā)現(xiàn)就是和藍胭脂一起回來的女孩馮曼娜是日軍間諜馮子雄的女兒。
馮子雄接到任務(wù)后借著女兒曼娜生日，難得大方地要幫女兒開個生日派對，讓她把最好的朋友都叫來，自然是少不了胭脂了。席間馮子龍的妻子趁著胭脂不備將她包中的胭脂盒偷偷取出塞入自己包中。
馮子雄和太太倆人躲進房間把藍胭脂的胭脂盒拆了個底朝天也沒有任何發(fā)現(xiàn)，馮子雄判斷這個胭脂根本就是藍胭脂的原物，裝有純子的情報的胭脂盒應(yīng)該還在藍胭脂的身上，必須繼續(xù)想辦法找到，實在不行就把藍胭脂扣起來。
正在房間補妝的藍胭脂取出包中的胭脂盒，記憶力超群的她發(fā)現(xiàn)看似一模一樣的胭脂盒并不是自己的那個了，經(jīng)她仔細的搜索，從胭脂盒的夾層里發(fā)現(xiàn)一張沒有字跡的黃紙，她把紙片放到燈炮上炙烤了一會果然有字跡顯現(xiàn)出來“十萬火急，軍事委員會制定實施封江計劃”，這個重大的發(fā)現(xiàn)讓胭脂心跳不已，此時曼娜來敲門催胭脂去參加舞會，胭脂打開門四下觀察之后把曼娜拖進房間，舉著手里的紙對曼娜宣布，現(xiàn)在這場戰(zhàn)爭的命運正掌握在她的手上！曼娜立刻反應(yīng)過來是船上那個日本女特務(wù)干的，她提議立刻把這一消息告訴自己的父親，他是上海軍需處的處長，一定能夠辨別這個情報的重要性，胭脂卻覺得應(yīng)該把情報交給宋勉。
胭脂在曼娜家就迫不及待地打電話去救國會上海站找宋勉，電話剛接通，從曼娜處得到消息的馮子雄就掐斷了電話，他訓斥胭脂不分輕重，他稱日本女特務(wù)的情報哪能讓她發(fā)現(xiàn)？宋勉那邊一查電話的來源發(fā)現(xiàn)是從軍需處處長家里打來的。
馮子雄讓胭脂把情報給他，胭脂卻執(zhí)意要通知救國會，雙方爭執(zhí)不下，馮子雄終于讓步稱由他通知救國會上海站來家里取情報。趁著救國會的人未到，馮子雄來到書房用藥物查看了密電的內(nèi)容，所謂封江計劃，一、阻隔江陰航道；二、各要塞炮臺緊急備戰(zhàn)；三、長江沿岸游動炮伺機進入陣地。看著這絕密會議紀錄，馮子雄明白難怪青木課長要求不惜一切代價必須得到情報，否則日本人在長江上的戰(zhàn)艦就全完了。另一張紙則是龍二留下的情報，他發(fā)現(xiàn)從江陰口要塞到吳淞口要塞工事都有擴建的跡象。
馮子雄讓劉副官把情報送到日本人處，他則留在住處偽造了一份情報準備交給救國會，宋勉拿回情報卻發(fā)現(xiàn)這居然是一份黃浦江口的防御情報，他想不明白的是明明自己在龍二的房間里發(fā)現(xiàn)了高倍望遠鏡，龍二觀察的應(yīng)該是長江才對呀。站長開始懷疑己方搞錯了，難道是日本人根本沒有得到封鎖長江的計劃？宋勉心里對情報的真假產(chǎn)生了懷疑，站長命令他立刻向南京總部匯報，如有可能提前實施封鎖長江計劃。
青木課長得到情報第一時間就向大本營發(fā)去特急絕密電報，稱據(jù)可靠消息不出三日江陰至吳淞口沿岸將萬炮齊發(fā)，圍殲我艦隊于長江中下游，帝國海軍生死存亡系于一線。
1937年8月7日深夜，停泊在長江中上游的日本軍艦和商船緊急起航，直沖長江口，等中國軍隊發(fā)現(xiàn)情況有異，出動軍艦前往江陰要塞攔截時，為時已晚，僅截獲兩艘日本商船。
宋勉和站長明白他們中了調(diào)包計，封鎖長江計劃正是潛伏在南京軍事委員會內(nèi)部的日軍間諜“影子”傳出來的，所有接觸過情報的人都有嫌疑。
胭脂一出家門就被擄上了汽車，她被蒙著眼睛帶到一間屋子里，驚恐交加的她不停地問著對方是誰？為什么要抓她？對方假扮日本人說由于胭脂情報傳遞失誤使他們損失了兩艘商船，開始還驚慌失措的藍胭脂在聽到宋勉點煙的聲音時立刻平靜了下來，從進入院子開始聽到的一系列聲音，她判斷也抓她的根本就是救國會上海站的人。
宋勉告訴胭脂由于她提供的情報有誤，現(xiàn)在已經(jīng)影響到整個淞滬戰(zhàn)役的戰(zhàn)局，所以她必須認真回憶從船上遇到女特務(wù)開始到把情報交給他們的過程。萬志超發(fā)現(xiàn)了胭脂超人的洞察人力和記憶力，他決定要利用胭脂幫他們找出真相，宋勉不忍心一個姑娘卷入戰(zhàn)爭，但測試了一次又一次，萬志超都認為這是老天派來幫他們的人。胭脂拒絕加入救國會，宋勉激她不愿加入是怕發(fā)現(xiàn)真相吧？如果情報泄露真的和馮子雄一家有關(guān)，那么她最好的朋友馮曼娜也脫不了干系，如果她愿意加入興許還能證明馮家的清白。萬志超讓胭脂在馮家留盡可能長的時間，搜索一切蛛絲馬跡，記下他們的一切談話甚至表情，回來匯報于他。
胭脂為了她的好朋友答應(yīng)幫萬志超這一次，但宋勉清楚一旦踏上間諜這條路，就再也沒有回頭路，他想提醒胭脂，但顯然已經(jīng)來不及了。
胭脂帶著一支口紅作禮物再次來到馮家，胭脂裝作無意地對曼娜說起她的胭脂盒上次好像掉在他們家了，正巧下人柳媽出來送吃的，她聽到此話告訴胭脂自己在老爺書房的廢紙簍里見過她的胭脂盒，馮夫人適時出來阻止柳媽繼續(xù)往下說。說者無心聽者有意，胭脂決定去探探馮子雄的書房，在書房的廢紙簍外面胭脂發(fā)現(xiàn)了馮子雄和夫人練習仿宋體字未處理干凈的碎紙，上面赫然寫著“十萬”和“火急”，胭脂似乎明白了什么。她還沒來得及查探更多，馮夫人從銀行回來了徑直來到書房，馮夫人開關(guān)保險箱的一切動靜全聽在胭脂耳內(nèi)。胭脂將碎紙帶回救國會，經(jīng)筆跡鑒定碎紙上的字跡和上次情報上的字跡出自同一人，由此可以基本認定馮子雄的嫌疑，但因為他的身份特殊，加上目前戰(zhàn)局未定大敵當前，萬志超認為不可輕舉妄動。他決定再次利用藍胭脂，但藍胭脂義正辭嚴地拒絕，她稱以后馮家的事與她沒有任何關(guān)系。
萬志超將說服藍胭脂的任務(wù)交給宋勉，宋勉無奈追上胭脂說要謝謝她請她去喝一杯咖啡。宋勉懇請胭脂再幫幫他們，但胭脂稱她不會利用朋友和友情和信任去換取情報，否則她都要看不起自己，要知道真相自己去查。胭脂開玩笑稱她給宋勉兩個選擇，要么說服她，要么愛上她。宋勉緊張了，一手捏著自己的錢包說他已經(jīng)有心上人了，胭脂打開宋勉的錢包居然看到了同學林天沐的照片。胭脂咖啡也不喝了，讓宋勉立刻帶自己去見林天沐。
林天沐在天主教堂照顧著一群無家可歸的孤兒們，她是一個悲天憫人的天主教徒，她擔心即將來臨的戰(zhàn)爭會令這眼前的平靜也消失了。胭脂和宋勉留下來陪孩子們一起吃飯，正吃著一個小姑娘跑出教堂想拿手中的饅頭喂雞，突然日本人就發(fā)動了戰(zhàn)爭，滿天的轟炸機密集地投下炸彈，胭脂為了保護孩子被炸傷了手住進了醫(yī)院。宋勉來到醫(yī)院看望受傷的胭脂，他表示同意胭脂的觀點，如果要女人上戰(zhàn)場，那么要男人干什么，他向胭脂敬了個軍禮稱不會再來打擾她，但胭脂叫住了他，說自己答應(yīng)幫他們，但有個條件，不能為難馮曼娜。
青木特意交代馮子雄要提高警惕，以后就由“影子”和他單線聯(lián)系，馮子雄打算利用南京到上海的郵政路線和“影子”聯(lián)系，為保險起見收件人將會是和“影子”有婚約的曼娜，就算時事緊張郵件會遭到檢查想必也不會懷疑兩個談情說愛的年輕人。馮子雄夫婦將情況告訴曼娜，讓她先保持和周漢光（影子）書信來往，若有好感就繼續(xù)交往，覺得不合適也不勉強，曼娜沒有多想就答應(yīng)了下來。
以南京軍事委員會少校參謀身份潛伏的日本間諜周漢光在再三確認周圍情況無殊后將寄給曼娜的信投入郵筒，隨后他從自己的太陽鏡片中發(fā)現(xiàn)身后的小巷中似乎有動靜，警惕心極高的周漢光拔槍就進入小巷查探，在小巷中他踩到了一顆國民黨軍裝的鈕扣，但平靜的小巷中除了一個正在打鐵的老匠人和做針線的老婦，似乎并沒有任何特殊，終于放松警惕的周漢光將槍插回腰間離開，周宇浩見周漢光離開從高處跳下，隨即也離開。
周漢光的信很快到了上海地下黨聯(lián)絡(luò)員李杰的手中，他看到信封上的兩張航空郵票起了疑，他不著痕跡地取出信件拍照留存后將信件恢復(fù)原樣。此時響起了敲門聲，門外來者正是表面身份為南京軍事委員會參謀實為中共地下黨員的周宇浩，李杰將相片沖印出來讓周宇浩看，他覺得真正的秘密應(yīng)該在兩枚航空郵票上。