1937年2月，纳粹德国在希特勒的批准下，启动“铀计划”，即大规模杀伤性武器，原子弹的研制工作。整个计划在实验初期，进展非常顺利，但最终，由于制造反应堆的石墨纯度难以达标而受阻。

几年后，美国利用从德国出逃的科学家，正式启动“曼哈顿计划”，迅速掌握了石墨的提纯技术，使原子弹的研究工作，获得巨大进展。

中国西南地区，蕴藏着丰富的石墨资源，昆明“史迪威训练基地”，成为美军研制及生产高纯度石墨的重要地点。

同一时间，日军在德国的授意下，开始派遣大量间谍，渗透到中国昆明，试图窃取石墨提纯的重要技术。

1943年。昆明美军史迪威基地，日本间谍吉川猛夫窃取到制造原子弹的重要石墨资料后，逃跑至美军俱乐部。基地军官魏明磊带兵追赶，吉川被打伤后逃走。

重庆政府得知资料被盗事件后震怒，军统接受命令，老于找到五特人员，请求帮忙，马云飞和何坚不愿帮忙，但大姐欧阳、高寒和李智博还是答应了老于，赶往昆明。

同一时间，日特组织也得悉吉川成功窃取资料，并且得知吉川已经有了二心，准备偷偷将情报卖给德国人，所以日特准备找到吉川后，杀掉他，将情报送回本土。

欧阳等人到达昆明，得知一家药店被袭，从作案手法分析，很可能是吉川所为，于是分析出吉川应该是在从美军基地逃跑时受伤，寻找消炎药瓶盘尼西林。于是欧阳等人准备从药品下手寻找吉川的下落。

马云飞、酒井到达昆明后分手，酒井赶到日特昆明据点布置。同一时间，吉川在各个药店寻找伤药。

昆明最大的临安堂药店，五特人员化妆成药店员工守株待兔，果然，化妆后的吉川赶到，被五特的人识破。正在大伙儿要抓捕吉川时，酒井带领日本特工赶到，也要抓捕吉川。

双方一通激战，双方互有损伤，最危急时刻，马云飞与何坚赶到，击败了酒井等人，但同时，吉川也趁乱逃走。见到马云飞到来，高寒自然高兴，但不免对马云飞一阵奚落，马云飞一笑而过，大伙儿商量下一步的对策。同一时间，吉川猛夫从临安堂逃走后，无处可去，只得找到自己在昆明的奶妈，临时住在奶妈家里。吉川的伤势很重，没有药品根本无法医治。吉川告诉奶妈，要救自己，只有一个人能行，就是史迪威基地的魏明磊。其实魏明磊也是日本的特工，并且与吉川的关系很好。吉川之所以能顺利从基地偷出原子弹资料，魏明磊的帮助功不可没。所以，魏明磊一定会帮助自己。奶妈来到基地，巧妙地找到魏明磊，魏明磊随奶妈来到住处，见到了吉川。吉川向魏明磊讲述了自己的遭遇，酒井等人如何想杀掉自己，夺走资料等，魏明磊震惊。吉川向魏明磊讲出了自己的计划：他要背叛日本，偷偷将情报卖给德国人，得到钱后和魏明磊平分，两人远走高飞。魏明磊听后大惊，最后，还是同意了吉川的注意。为了治疗吉川的伤，找到管制药物盘尼西林。盘尼西林是管制药物，很难弄到，魏明磊回到基地后，自己开枪打伤了自己，谎称自己是前几天追捕吉川时受伤，终于成功开出了盘尼西林。　吉川得救了。

基地负责人听完五特的分析，于是授权魏明磊协助五特查找基地内部的内奸。

调查过程中，敏感的马云飞看到了魏明磊的破绽，于是，首先将怀疑的焦点放在了魏明磊的身上。

马云飞偷偷潜入美军基地，检查魏明磊的房间，最终确认，魏明磊是内奸！

同一时间，狡猾的酒井也将怀疑的对象指向魏明磊。

五特这边，准备先不点破魏明磊。既然知道了魏明磊是内奸，那么只要顺藤摸瓜，一定就可以找到吉川的下落。于是五特不露声色，开始悄悄跟踪魏明磊的行踪，果然，几天后，众人确认了吉川的大致藏身地点。然而，就在五特即将行动之时，一场灾难降临了。原来，狡猾的吉川与魏明磊早就感觉到了来自五特的威胁，如果不解决五特，他们将很危险。于是两人密谋，为今之计，必须要找到一个替死鬼，才能让吉川暂时安全。而唯一的方法，就是制造伪证，将窃取情报的事情，嫁祸给五特！商定好后，魏明磊立刻赶回基地。利用他在美军基地工作的方便，迅速罗列伪造了大量证据，诬陷五号人员，愚蠢的基地负责人看到这些证据，立刻相信了魏明磊的所谓证据，将盗取基地资料的怀疑放在了五特身上。同一时间，欧阳、高寒与博士(马云飞、何坚不在。)终于找到了吉川的藏身地点，一番激战后，五特成功将吉川抓捕。然而，就在众人将要把吉川押走的时候，魏明磊率领众美军赶到，魏明磊出示证据，诬陷五特人员是盗取原子弹资料的间隙。　魏明磊将五特几人抓捕，带回基地。而吉川则趁机逃脱。

老于、马云飞与何坚三人商议，由于各种证据不利于自己，必须要找到魏明磊的通敌证据，才能洗刷自己，营救高寒等人。三人猜到了魏明磊会利用高寒的电报机给德国人发报，于是决定，从这一点入手，寻找魏明磊通敌的证据。

于此同时，魏明磊再次制造伪证，在搜索五号住处时，将原子弹资料的底片拷贝放在五特住处，这份“铁证”，让基地负责人彻底相信五特是日奸，于是判处五特高寒等人死刑。

马云飞等人得知高寒三人要被处死的消息后，焦急万分，危急关头，马云飞设计，要赶在死刑之前，截获德国人与魏明磊吉川的交易，人赃俱获，才能洗脱五特的嫌疑。

德国人回电了，同意交易，但按照惯例，时间地点将由吉川和魏明磊制定。

马云飞何坚设计抢走了电台，使吉川和魏明磊发报。魏明磊以高寒等人性命为要挟，要马云飞还回电台。