1937年2月的南京街上，正被春節的一派祥和喜慶籠罩著。大年三十，在某條街上，人民正忙著慶祝春節時，一隊車輛打破了這份喜氣。這對車輛正運著復興社特務處行動組到一所民宅樓執行中共地下黨的抓捕任務，然而到達之時，在樓里的地下黨們被行動組圍殲殺盡，但是秘密文件，已被地下黨們以防行動組獲得情報而提前進行燒毀。
燒毀文件的火爐里，只留下任務目標們燒毀未妥的一些文件，復興社特務處行動組組長馬成宇通過文件殘余的字跡，辨認出一些線索來。
晚上，復興社正舉行著除夕聯誼會，潛伏在復興社擔任電訊組員的中共地下黨員陳力，和潛伏在復興社擔任特務處防諜組組長的中共地下黨員秦川，也在聯誼會上。正當大家盡興之時，馬成宇在任務過后也到達了除夕聯誼會，復興社特務處處長曹三白正開玩笑地說馬成宇遲來罰酒時，馬成宇突然掏出手槍，指向秦川，說秦川的共產黨身份已經暴露了。
秦川面對馬成宇這一舉措臨危不懼，并要求馬成宇拿出證據來，馬成宇槍口一轉，對著陳力。這惹起了電訊組組長葉琳琳的強烈不滿，曹三白也對此表示懷疑。這時，馬成宇從袋里拿出剛才任務所獲的殘紙，紙上僅余的字，清晰寫上了陳力的名字。馬成宇根據這個證據，更向眾人說了自己的推斷，說陳力已經暴露了，并且還有同伙，在復興社潛伏得更深。
秦川見陳力身份敗露，正打算有所行動時，陳力卻來個反擊，掙脫了槍口的威脅。一翻混亂的打斗下，陳力正拿餐刀準備傷殺馬成宇時，馬成宇的手下見狀一著急，就開槍把陳力槍殺了。
事后，秦川回到住處，因戰友陳力慘死而挑起種種回憶，回憶中有一段往事，是與交通員夏嵐訂下終生的情事，這段回憶繞上了秦川的心頭。
因之前馬成宇揭露陳力身份而受到上頭嘉獎，曹三白向秦川說，覺得這段時間馬成宇有點目中無人，并向秦川說國防那邊有人告訴他要注意馬成宇，再不采取行動自己的位置會被動搖。曹三白說出他對秦川的厚望，暗示秦川要為其徹查馬成宇的一些不見得光的活動。
晚上，秦川暗地里跟蹤馬成宇，果然，發現了馬成宇暗中與德國軍事顧問團秘書漢斯暗地里為日本人收集情報從而進行金錢交易。這次交易的情報是江防要塞圖，交易后，馬成宇借酒毒殺了漢斯，并發現了秦川。正當秦川被馬成宇的手下挾持時，秦川的好兄弟，南京警察局警員沈若寒出手相助。
沈若寒槍法如神，與秦川聯手脫離險境，并把馬成宇逼至絕處，馬成宇被秦川痛絕之后，秦川從馬成宇的大衣里拿走江防要塞圖，卻受到了日本參謀本部中國課科長星野千里的偷襲，江防要塞圖這一文件也被偷走。
事后，曹三白探望受傷的秦川，并談論了因為馬成宇的背叛，使得日本間諜獲得了情報，也據消息稱，江防要塞圖已經在日本人手里，兩人深知此事后患必無窮，故有所行動，要從日本人手中搶回文件。秦川與沈若寒聚舊之時，說起這事，秦川告訴若寒，那幫日本間諜，領頭的是星野千里，并說了自己與星野的淵源，讓若寒多盯著點，希望盡快把文件搶回來。
另一邊廂，曹三白從刑訊室把一名曾經在馬成宇手下做事而遭受懷疑，因而被囚禁的行動組組員顧明杰釋放了。顧明杰為此向曹三白表明忠心。
此時，特務處正有一項新任務，就是要抓捕一位今天到達南京火車站，名叫歐陽澈的前共產黨上海情報負責人，一旦發現可疑便要把他扣押。這位歐陽澈恰好是秦川的最新地下黨上線接頭人。
特務處到達火車站后，秦川用計使開其他特務處組員，正當準備與假扮賣煙人的地下黨接頭時，卻被曹三白叫住。
南京警察局接到電話說火車站有日本間諜，正有一隊警員進入火車站行動。與此同時，中共華東地區地下組織負責人，歐陽澈已悄然到達南京。
火車站傳來一陣由炮竹引起的爆炸聲，混亂中，歐陽澈被地下黨員從一片槍林彈雨中接走了。
晚上，顧明杰打算向葉琳琳以花表情，無奈葉琳琳不領情。顧明杰失意醉酒之時，碰上新任行動組組長田海濤，田海濤正安慰失意的顧明杰時，看見葉琳琳一臉風騷了提著湯罐走過，田海濤告訴顧明杰說葉琳琳有意中人，并慫恿顧明杰跟蹤她。
原來葉琳琳一直喜歡秦川，以湯為由要求進入秦川住處，并打算用美色引誘秦川。無奈秦川不為所動，也委婉拒絕，此時發現在外偷聽的顧明杰，秦川故意用言辭挑釁顧明杰，顧明杰忍不住氣憤地把花扔進秦川屋里，葉琳琳也發現了，便氣憤地打算反擊。秦川制止后，并借不想招惹是非，因此與葉琳琳不要太親近。
第二天，秦川悄悄到秘密聯絡處與歐陽澈碰頭。碰頭時，秦川向歐陽澈說，曹三白可能在延安安插了內線這一推測，而歐陽澈也對秦川說，由于陳力的犧牲，秦川身邊一直缺少了交通員，組織決定派秦川的相好——夏嵐，到秦川身邊擔任他的交通員，并批準他們公開結婚，正式認同他們的關系。
然后秦川正喜上心頭，忽地有所顧慮，毅然把結婚證書燒毀，就是為了不落下把柄，并向歐陽澈說，復興社特務處對婚姻審查很嚴格，擔心公開結婚會為地下黨帶了不好的影響。而歐陽澈則說，因為夏嵐履歷清白，所以比較安全，而且其他問題組織已想好，讓其安心當新郎，好好談戀愛。
曹三白與他的表妹胡太太、表妹夫胡樂軒還有秦川一起進行飯局，飯局上，夏嵐以胡太太的學生身份出現在飯局，相思相念的兩人終于相見。
月下互牽，你儂我儂，五年未見情侶在黑夜中享受著洋溢幸福與快樂，秦川在黑夜中再次向夏嵐求婚。
一番濃情蜜意后，二人說起正事，秦川向夏嵐說了曹三白在延安有內線向他泄密。在早前，秦川暗中跟蹤曹三白而發現了葉琳琳是曹三白的情婦這一秘密。為了查清內線之事，秦川跟夏嵐說說可以利用葉琳琳來演一出好戲。
秦川看中葉琳琳風騷的性子，借練槍為由接近葉琳琳，讓葉琳琳疏于防范，心有所念。而這時，秦川則放出消息他要結婚了。
秦川與葉琳琳練習槍法時，夏嵐出現。秦川向葉琳琳介紹說，夏嵐是曹三白介紹給他認識的，并在葉琳琳面前約夏嵐吃飯。眼見夏嵐與秦川關系如此要好，葉琳琳醋意大發，便在飯局上借酒燒愁。在葉琳琳酒醉后，秦川和夏嵐一起把她送回住處。
到了葉琳琳房間里，秦川和夏嵐趁著她酒醉著不清醒的時候，開始在房間里進行搜索，希望找到有關的情報。然而這時葉琳琳半醉半夢地叫喚著秦川的名字，并表達對秦川的愛意，夏嵐聽著雖有所難受，但是仍然以正事為首，和秦川一起搜索著情報，最后，從葉琳琳懷里探出一張滿布密碼的紙條。
正當秦川、夏嵐二人準備拍錄下紙條內容并撤退時，曹三白夜訪葉琳琳房間。夏嵐藏好后，秦川開了門，向曹三白交代了因葉琳琳醉酒而自己把她送回來，所以自己在這里出現。曹三白知釋后，便把秦川叫走。夏嵐在兩人走了之后，便繼續拍下紙條內容，回去進行翻譯。
原來曹三白有密電要接，打算找葉琳琳，但是葉琳琳酒醉了，便讓秦川幫忙。秦川借此機會，記下了密電的內容。
回到住處，夏嵐綜合了秦川和自己所獲的內容進行破譯，得知了復興社的密電，原來是一名叫杰基爾博士的人所發，內容是共產黨在復興社潛有臥底一事，潛伏代號是萬花筒。二人把此破譯后的情報拿到歐陽澈那處，三人一起商量和分析，并且表示繼續進行跟進和破譯。
事情商量完畢，二人走在夜色下，夏嵐因為葉琳琳對秦川的感情而略表醋意，而秦川則讓夏嵐安心，表示自己對夏嵐的一心一意。
第二日葉琳琳幫曹三白破譯了密電，密電內容為：馬成宇是延安潛伏到復興社的內線。曹三白根據葉琳琳破譯的情報，安排徹查與馬成宇相關的人。
原來秦川在前一晚，偷偷換了被曹三白收起來的密電內容，故葉琳琳翻譯后的內容，與秦川當時所獲得的密電內容不一樣。
秦川騙過了葉琳琳和曹三白后，便對葉琳琳冷淡起來。事后，歐陽澈也跟秦川說，潛伏在延安的內線已被秘密處決。
葉琳琳知道秦川和夏嵐結婚的消息，既難過又氣憤。在二人的訂婚宴上，故意送一對手表，并在言辭間向夏嵐挑釁，并暗指二人的關系隨著時間的流逝而一日不如一日。然而夏嵐大方接受禮物表示感謝，秦川與夏嵐在葉琳琳面前，說二人的關系會白首偕老。葉琳琳不忍二人如此癡纏，氣憤又傷心地離場而去。
在一夜春宵過后，第二天一早，歐陽澈帶來了蘇州出事的消息。秦川知道有任務要忙，恩愛的準新人只得暫作分別。
中共地下黨員靈犬原有一份要運送到南方游擊隊的軍事戰略資料，但是在火車站時被一小偷碰跌，行李箱中裝了炸藥，遇到突發事情便會自動爆炸。因為箱子的爆炸，靈犬惹來了注意，而被復興社抓捕起來，但是，這位靈犬，是總部最優秀的記憶專家，雖然資料被炸毀，但是靈犬的腦子里都記著內容，因此總部安排下來，要不惜一切代價救出靈犬。
秦川趁看守們不備，闖入拘留室救出了靈犬。靈犬逃走的消息傳出，復興社派人進行追捕，追至火車站，靈犬趕上了火車，與接頭的小趙一同逃走，但是復興社的追兵也殺到。此時一翻槍戰過后，為救靈犬，小趙以身擋子彈，犧牲了。