1941年年初的一个夜晚， 由日本派到中国的秘密信使在上海的南京路被一伙身份不明的人所劫杀。 他所带来的重要秘密信件被劫走。原来， 这一伙身份不明的人是重庆国民政府军统局所训练出来的秘密工——黑玫瑰行动小组。这个小组的组长是年轻漂亮的黎紫涵和三名豆蔻年华的姑娘，她们分别是白如意、吴天娇和穆阳。黎紫涵从劫来的信件中只发现了5个字——“富士山的雪”。军统局长断定这是日寇的一次重大的秘密军事行动。 因此命令她们不惜一切代价要侦查出这次重大军事行动的具体内容。日本信使在南京路被杀的事件在沪上引起轩然大波。

经警察局高级探长郝瀚介入了本案的调查。日军驻沪最高司令松本严令特务机关的机关长熊井也要侦破此案，消灭黑玫瑰。黎紫菡接到重庆的命令后立即带领姐妹们投到紧张的侦察工作。黑玫瑰小组的老三吴天娇在酒店趁皇协军副司令高占奎喝醉的时候偷走了他的特别通行证。此时同时正在丽丽舞厅唱歌跳舞的黎紫菡偶然结识了郝瀚。郝瀚奉命前去搜扑黑玫瑰，在珠宝店搜查的时意外地与黎紫菡相遇。郝瀚对黎紫菡颇有好感，因此在交谈中下意识地说出松本司令今晚在官邸要会见德国驻上海总领事汉斯之事。黑玫瑰小组中的老二白如意从重庆驻上海情报站站长徐以龙那里也证实了这个重要情报。

黎紫菡认为这个情况很重要，它极可能就是“富士山的雪”。黎紫菡与姐妹们经过商议决定：夜闯松本官邸，劫取“富士山的雪”计划书。黎紫菡和姐妹们化妆成日兵潜进了松本官邸，黎紫菡潜进松本的书房寻找其藏匿文件的秘密保险柜，一切都在有条不紊地进行着。郝瀚率警察队在官邸外担任着警戒任务。突然，日军特务队小川和龟田带人冲进了松本的院子，对郝瀚声言说是奉熊井机关长的命令要对官邸进行搜查。郝瀚不从，双方发生激烈争执，因此干扰了松本与汉斯的会谈。汉斯生气甩袖离去，因而激怒了松本。熊井被紧急召到官邸，他固执己见坚持请求对官邸进行搜查。

松本应允，黑玫瑰小组顿时陷入危机。黎紫菡决定趁机冲出去，她选择了由郝瀚把守的后门。没想到她们在后门处被埋伏在那里的警察侦缉队所包围。千钧一发之际，吴天娇拿出偷来的特别通行证让她们化险为夷。熊井浩为了避免“富士山的雪”文件内容的泄露，决定派出王牌间谍“樱花皇后”，并找到极司菲尔路76号里的主人、大汉奸李逸群共同消灭黑玫瑰。黎紫菡从歌舞厅老板那里得知德国总领事馆要搞化妆舞会的消息，于是她决定再次混入化妆舞会趁机窃取“富士山的雪”计划书。被邀请去参加化妆舞会的客人陆续走进舞厅，松本、熊井和李逸群也在其中，郝瀚也是被邀之列。

黎紫菡在化妆舞会上与熊井进行了直接的交流，熊井对这个美妙的歌女似乎很感兴趣。黑玫瑰小组的老四穆阳化妆成日本的警务兵进入了松本与汉斯交谈的场所，意外地听到“富士山的雪”是从德国运抵中国的大规模杀伤性武器的秘密交易。岂料狡猾多端的熊井早就对这个化妆舞会有所戒备，他命令龟田带人进行突袭。负责掩护的吴天娇在大门外截住并有意惹火了龟田，龟田放枪，枪声惊动了舞会上的人，使黎紫菡等安全脱险。龟田把吴天娇关在了一个小房之内，黎紫菡等人去解救时与敌人发生了激烈交火。白如意掩护众人撤退身陷重围，危机时刻，一名黑衣蒙面人挺身相救，白如意转危为安。

穆阳在回去的路上还解救了一名正要被鬼子强暴的中国女学生虞诗。虞诗得知眼前的这个姑娘就是黑玫瑰。小川向熊井浩提出了一个能抓住‘黑玫瑰’的建议。熊井前来76号拜会李逸群，不料在门口被把门的陆阿狗奚落一番。表面文质彬彬的熊井向小川交待如此这般。结果当晚陆阿狗被杀，郝瀚勘察现场得出了其是被日本武士刀所杀的结论，这令李逸群十分震惊。黎紫菡和吴天娇去迎接重庆特派前来帮助她们完成任务的人竟然是她们的教官欧阳剑。欧阳剑英武潇洒，是吴天娇追逐的对象。但欧阳剑似乎对这种事不屑一顾。经过各方调查，确定德国已经把大规模杀伤武器运抵到了中国。