地下党组织计划护送丁半秋等进步科学家艺术家和他们的亲属去解放区。上海地下党特工部长刘延风安排特别行动小组组长祝中华带队护送众人离开上海。此时丁半秋之女，在美国留学的丁芷寒突然归来，坚持要和父母一起走，祝中华只得安排她与众人一起换装出城。

由于飞鹰的密报，祝中华一行人落入于盛龙早已布置好的陷阱中。特务头子先秃子率重兵将祝中华等人困在一条弄堂之中疯狂开枪扫射。进步科学家、艺术们惨遭屠杀……

　 丁芷寒在祝中华帮助下死里逃生，被青梅竹马的朋友，国军保密局通讯科长兰飞救回。于盛龙讲屠杀科学家的惨案嫁祸给上海地下党，丁芷寒受到愚弄，误会共产党是杀死父母的凶手，发誓要报仇。祝中华身受重伤被先秃子活捉，于盛龙下令调查祝中华的一切背景资料，似有所图谋。

地下组织得知行动失败，而祝中华被捕后居然被安排住院治疗。在党组内部，区委书记贾中全怀疑祝中华出卖大家，祝中华干爸，区委副书记况宝山力挺祝中华的清白。最后组织决定转移和变更一切祝中华知道的联络点，并由况宝山负责去医院营救祝中华。

于盛龙发出假情报诬陷祝中华是叛徒，布下迷阵，引起地下党组织受到迷惑，开始四处搜捕祝中华。祝中华劫持丁芷寒逃离医院至丁家。祝中华向丁芷寒解释自己并非凶手，并分析行动失败的原因是有人行动计划制定的同时就密报给保密局，祝中华承诺要暗中查出真相，丁芷寒内心动摇，但仍不完全信任祝中华。恰巧这时，贾中全中全带人潜入丁家，抓住祝中华，不顾况宝山反对，将祝中华关押在丁家地下室等候审查。

于盛龙发出假电报直指祝中华叛变，党组织决定判祝中华死刑。况宝山无力挽回，痛惜不已。当贾中全要执刑时，发现祝中华已不在地下室。贾中全等人撤离丁家之后，丁芷寒悄悄又回到了地下室，放出了一直躲藏在密室中的祝中华……

丁芷寒决定与祝中华联手查出真相，祝中华让丁芷寒设法联系况宝山，告知于盛龙发出的情报有假，我党潜伏在保密局的发报人员已经暴露，并约况宝山相见。丁芷寒冒险前往。

况宝单与祝中华在丁家碰面，祝中华向况宝山表明自己怀疑内奸的存在，敌人要让他成为内奸的替罪羊。况宝山相信祝中华。此时，贾中全再次带人到丁家搜捕祝中华，丁芷寒第二次帮祝中华逃走，祝中华承诺会暗中与她联系。

　于盛龙表面将发报员调走。暗中布置真正的叛徒阿华暗杀了他，瞒过了地下党的监视。这使地下组织再次误解了祝中华的判断，认定他是叛徒，决定处决祝中华。

地下组织计划利用新年舞会刺杀于盛龙。况宝山提出恐有埋伏需谨慎筹划，众人都没有重视。于盛龙要求兰飞带丁芷寒出席舞会，并暗中调查了丁芷寒的背景资料，准备在舞会上会见丁芷寒。

丁芷寒向兰飞打听了上海保密局内部的情况，想弄清惨案发生时保密局的行动以及兰飞的行踪，但兰飞透露的很有限。

贾中全和况宝山率行动小组在酒店门口截杀于盛龙。于盛龙似乎早有防备，预先在酒店中埋伏下一支宪兵部队。经过一番激战，由于敌人早有准备，火力强大，刺杀行动失败，行动小组牺牲巨大，只有贾中全和况宝山负伤逃走。

于盛龙与丁芷寒正式会面，对丁芷寒坚强美丽印象深刻。于盛龙告诉丁芷寒祝中华正是筹划惨案，杀害丁芷寒父母的凶手，并承诺会铲除地下党为丁芷寒报仇。于盛龙试探着询问丁芷寒被祝中华从医院劫走之后的情况，丁芷寒巧妙的掩饰过去。