故事发生在上个世纪三十年代的上海，这个号称“东方巴黎”的中国东方大都市酝酿着重重危机，国民党与共产党十年内战的硝烟未散，日本军国主义的侵略魔爪却悄然而至。 这是1936年的一天，上海“大世界”的舞台上，像往常一样上演着精彩的京剧剧目，著名京剧票友邹凯林正在如醉如痴地表演着，他十分地道的一招一式，博得台下观众阵阵喝彩，此时，在几双机警目光紧盯这台上的邹凯林，一折戏过后，邹凯林刚进入化妆间，几只手枪逼住了他，他们是国民党军统上海特别行动组成员，奉命抓捕邹凯林，身手不凡的邹凯林妙施轻功，摆脱了包围，带着戏装跑到了街上，无奈对方已撒下大网，邹凯林被俘。 邹凯林的真实身份是中共上海地下党情报六局的行动科科长，他的被俘一时间使中共地下党组织陷入被动，他们立刻行动，撤销联络站、转移家属、制定营救方案，中共上海地下组织情报六局三科负责人向亦鹏主持此项工作。指挥抓捕邹凯林的正是向亦鹏的好友，黄埔军校同学，国民党军统驻上海特别行动组组长阎天，而向亦鹏的公开身份是上海东亚大酒店的经理。 面对危局，向亦鹏启用我地下组织在军统内部的卧底“猫眼”，探明了押解邹凯林路线，三科行动组女行动队员余铭真带领数名快抢手，埋伏在路上，当押解邹凯林的车开进伏击圈时，一群黑衫人从旁杀出，直奔押解车，余铭真等人在震惊之余果断出击，现场形势大乱，激烈的枪战过后，令余铭真不解的是，完全能够逃脱的邹凯林竟然又跑回到军统那边。 经调查，邹凯林在从事中共情报六局行动科的工作同时，又兼做黑道生意，私吞了黑帮头目杜老大的货，被黑社会追杀，邹凯林无路可逃，在“大世界”故意亮相，被军统抓获，邹凯林认为，躲到军统的牢里才是最安全的。 我方卧底“猫眼”送出情报，邹凯林已叛变，军统特别行动组组长阎天将亲自将邹凯林押往南京，狡猾的阎天制定了数个方案，“明修栈道，暗度陈仓”企图避开中共与上海黑社会的追杀，但最终被向亦鹏识破，在码头上，扮装成蹒跚老者的向亦鹏果断出枪，叛徒邹凯林饮弹赴黄泉。 1936年底，中日关系加剧恶化，中共地下党决定在上海召开重要会议，研究在新形势下中共地下工作的方针，会议邀请共产国际的特别代表，苏共党员尤利钦科参加，向亦鹏在同尤利钦科接头时，遇到日本特工追杀，向亦鹏顿时生疑。尤利钦科对向亦鹏说，他在上海的联络人别列佐夫已叛变，并要求向亦鹏除掉别列佐夫，向亦鹏当着尤利钦科的面枪杀了别列佐夫。上海地下党的一次会议刚刚召开，国民党军统人员包围了会场，与会人员迅速撤离，但尤利钦科被军统抓获，几日后，尤利钦科奇迹般的出现在向亦鹏等人面前，向亦鹏向尤利钦科介绍了一个蒙面人，来人摘下面具，尤利钦科大吃一惊，此人就是几天前倒向亦鹏枪下的别列佐夫，，向亦鹏严肃地对尤利钦科说“你是个冒牌货”。当地下党组织正要对假尤利钦科进一步审查时，突然，一声枪响，假尤利钦科被打死，显然，中共情报六局三科中有日本人的卧底。 别列佐夫告诉向亦鹏，第二天到火车站观察国民党中统头目抵沪的情况，结果令人不可思议的事发生了，一个与假尤利钦科长得一摸一样的人坦然地走下火车，这才是真正的共产国际代表尤利钦科，死于无名杀手枪下的是他的孪生兄弟日基奇。 向亦鹏与阎天虽然属于不同的党派，在暗地里干着对立的行为，但这些并没有妨碍两人成为好朋友，他们两人有个共同的女友林璇，三人在儿时是好伙伴，有着相同的少年时代美好的回忆，林璇此时的身份是日本某报驻上海记者，日本特务机关驻上海站负责人芥川的养女、助手，闲暇时三人常常徜徉在各种社交场合，流连于郊外公园、嬉笑于跑马场上，尽情享受着美好的友谊与青春时光，阎天深爱这林璇，而林璇却钟情于向亦鹏，向亦鹏因使命所系，又在不断地回避着这份情感。 中共上海地下组织交给向亦鹏一项特殊任务，因为我地下组织得到情报，我党安插在日军海军驻沪军部的卧底山田一夫受到日军情报部驻沪特务头子芥川的怀疑。组织上安排向亦鹏离开三科的领导岗位，去做一些外围的传递文书的工作，以此来引起芥川的注意，领导给向亦鹏的任务是，假装变节，接近芥川，帮助芥川，打击山田一夫，组织上认为只有不告诉向亦鹏任务的真实目的保护山田一夫向亦鹏才会“演”的逼真。芥川上当了，他软禁了向亦鹏，并询问了向亦鹏近来的工作内容，芥川认为有了打击山田的武器。 在日军军部的军事法庭上，芥川携向亦鹏这个重要证人向山田发难，向亦鹏此时按照组织的安排完成着自己的任务，他在法庭上陈述这一个个不利于山田的证据，在芥川咄咄逼人的追问下，形势对山田极为不利，此时山田突然把林璇带到法庭上，并道出了林璇的身世，指出林璇的生父是中共高级特工杨修远此人就是在前面的情节中为我党屡屡送出有关叛徒去向的情报的“猫眼”，同时芥川的助手林璇与在场的这位所谓中共证人还是恋爱关系，面对这两条有力的指证，形势瞬间大变，山田解脱了，芥川却成了日军军部的阶下囚。 中共高层人士获悉，侵华日军的一个重要文件“军刀计划”藏在上海，军刀计划中最重要的一项就是生化武器的研究——目前研究的是一种叫“鼻疽”的病毒，此种病毒已经灭绝，但是日本人组织一些科学家令它复活，这种病毒可以导致人的四肢永久性溃烂，这也就是日本人要插进中国心脏的“军刀”。
