1948年，滨江市已经解放，但国民党敌特不甘心失败，组织了大批特务潜伏在滨江市伺机破坏。一天，滨江街头发生了一起滨江日报记者当街被狙击枪枪杀的恶性案件，上级领导决定派张汉超和杨诚去滨江接手这起案件，杨诚不太理解这种案件为什么会转给他们，但张汉超却立刻看出这起案件的不同寻常，关于这起案件的分析也是据情据理，让领导也暗暗点头。

弹道及痕迹专家王黎生也被派给张汉超协助侦破此案，三人组成专案组紧急赶往滨江，与此同时，中央社会部给他们派去了一名通讯专家在滨江会合。滨江火车站内，几名杀害记者的特务正要上车，忽然听到广播里说到发生了记者被杀的案件，才知道杀错了人，死者根本不是他们的目标祁振江，只好留下来继续完成任务。前往滨江的火车上，杨诚拖着正写笔记的王黎生下棋，王黎生只好应付着跟他下一盘。

张汉超三人到了滨江，立刻检验了被害记者的尸体，子弹正中眉心，说明开枪的人是一个高手，三人又来到案发现场，神枪手杨诚张望间发现钟楼是最佳的射击地点，三人再赴钟楼，王黎生提出案发时间正是太阳刺眼的时刻，杨诚点头认可，认为凶手在阳光晃眼的时刻开枪正中目标，手段很厉害。与此同时，国民党因为暗杀失误开始重新部署，一定要杀死真正的目标祁振江。

张汉超和杨诚到死者家中调查案情，国民党的暗杀小组恰巧也埋伏在死者家中，他们打算将死者家属杀人灭口，避免被找到证据，双方差一点儿碰到。另一面，王黎生找到了死者生前的一些信息，但没什么异常，国民党派出这样的顶级杀手杀掉一个毫无防范的普通记者实在令他们摸不清头脑。

长春国民党保密局，潜伏在敌人内部的张岚利用加班的时机待在办公室，正焦急等待上级的新命令，想到不能暴露自己的组织纪律，只得强行按捺擅自行动的情绪。此刻，滨江市公安局得到了重要的线索，有一个叫孟庆翔的人曾被发现在杀人现场出现过，张汉超亲自审问孟庆翔，在确凿的证据面前，孟庆翔称是自己杀了人，并且把枪扔进了松花江。

国民党刺杀小组又受到上级的催促，决定尽快动手，然后逃离滨江。公安局王局长听说凶案已破，说上级要让凶手尽快伏法，给百姓一个交代。但张汉超却不同意他的作法，他又来到案发现场，终于发现了另一个狙击地点，并且找到了证据。这一切都说明孟庆翔并非杀人凶手。

公审孟庆祥的大会正在召开，祁振江将军发表了讲话，但与此同时，远处楼顶上一支狙击步枪对准了祁振江，就在这千钧一发之刻，张汉超三人及时赶来，枪手李秋生开了数枪以后未果，从楼顶跳下逃离。刑场上，孟庆祥即将要被枪决，刚刚与枪手李秋生交战完毕的张汉超迅速赶到，及时阻止了死刑的执行，带走了孟庆祥。

对孟庆祥的审讯重新开始，经过几轮的政策攻势，孟庆祥终于把所有的事情都交代了。张汉超等人这才知道原来是一次误杀事件，而军统滨江市组长李秋生的面目也逐渐揭开。张汉超和王局长商量，一是要加快破案，二是一定要确保祁振江将军的安全。军管会门口，张汉超和杨诚告诉祁振江将军不能单独外出，但军人出身的祁振江压根不信邪，两人只能想办法调动警卫保护。

张汉超给老首长打了电话，让他劝说祁振江将军能够服从保护安全的安排，又向老首长开口要紧缺的电讯侦破人员和器材，老首长抗不住他的磨蹭，只好答应下来。第二天一早，睡得迷迷糊糊的杨诚被王黎生搅醒了，差一点儿误了接站，但他没想到的是，出站口他等了半天，等来的电讯专家却是一个名叫李文蕾的年青漂亮的美女。

杨诚开车拉着李文蕾回到住处，他对上级派来一个女的执行任务很不理解，颇有瞧不起李文蕾的意思，结果不提防让李文蕾摔了一个大马趴。和张汉超见了面，李文蕾说自己是苏联三一一情报学校毕业的，王黎生早听说过这所大名鼎鼎的学校，告诉杨诚这李文蕾别看年青，可不是个善茬。

专案组四人聚齐，一起来到李秋生曾经租住的民房搜查，尽管有所收获，但只是一些蛛丝马迹的线索。这时的李秋生正躲在滨江另一处住所，他接到了上级的电报，这一次对他的威胁很明显，催促他尽早完成任务。晚上，张汉超三人在一起碰白天的线索，每个人只是廖廖数语，暂时组不成任何关键证据。

在王黎生的提醒下，杨诚根据自己枪手的习惯推断出李秋生一定会在枪支丢失以后，有半个月左右的适应期。与此同时，张汉超用一张在房间中搜到的书的封面进行分析，他认为李秋生并不是喜欢看这本书，而是这本书很有可能是他和南京总部联络用的密码本。

杨诚和李文蕾坐在一辆卡车上，用一台简易的电台侦测装置查到了南京国民党特务的电文，张汉超随即向王局长做了汇报，两人商定打算用分区断电的方式争取查到究竟敌军的电台在哪个具体方位。当晚，李文蕾利用搜查发现的书皮，将截获的电文代入了秋海棠这本小说，终于破译了国民党特务的联络方式和内容。

军统滨江组的特务几次出动，想借机杀掉祁振江，但都象是提前预知一样被破坏了行动，李秋生意识到可能是密码本出了问题，连忙启动了二号方案。这时张汉超几个人也没有了主意，先进的侦测设备还没有到，他们打算先通过查电表的方式，去发现可疑区内谁家的用电量较大。国民党特务租住的房内，电业局的工人在挨家挨户查电表，这引起了李秋生的警觉。

李秋生观察半晌后，发现只是电业局查电表就没顾及太多，他与众特务商量要乘祁振江星期六去中苏友好协会之际在同仁路口埋伏，借机进行暗杀。公安局已经掌握了用电量的资料，从中筛查出四户由张汉超四人分别进行走访，张汉超带着李文蕾来到一家，见他们刚买了留声机，明确了这一家用电量增加的原因，而王黎生和杨诚此时则来到了一家照相馆。

王黎生借着拍照的机会仔细观察了照相馆各处的灯，在和老板的攀谈过程中得知他是刚刚搬来的，心里清楚了用电量增加的原因，而杨诚仍在四处张望，被王黎生拽了出来。另一边，张汉超和李文蕾来到一家租户门内，刚刚进门就注意到窗内有人在观察他们，李文蕾随即机智地装作和张汉超吵架，打消了屋内李秋生等人的怀疑。张汉超和王局长商议准备当晚抓捕，而与此同时，李秋生一帮人已经埋伏在路口等待刺杀祁振江。

祁振江的车队路过，特务的几支冲锋枪全力开火，幸亏车队未做停留冲了过去，祁振江才算逃过一劫。军统特务的计划又失败了，南京上级来电告知他们潜伏在滨江，李秋生欲撤不能，只好待在租住的房内。半夜时分，公安局和张汉超等联合行动，冲进了李秋生的住所，李秋生负隅顽抗，带着几个特务从后窗跑了出去。

张汉超和杨诚等一路追杀过去，抓住了几个特务，但李秋生为首的几个主要人物还是跑到了街角，杨诚追敌心切，不小心被李秋生四人抓住，当成了挡箭牌。张汉超只好暂时答应李秋生，给了他一辆吉普车。李秋生四人一路逃到郊外，张汉超带人紧跟，枪战中解救下了杨诚。

滨江的军统特务刺杀祁振江不力，南京军统的刘志强坐不住了，他决定从祁振江接触过的人来想办法。刘志强先是将祁振江一个朋友的女儿，偷偷抓到了保密局，然后让手下装作她的同学，去她家里要来了祁振江这位朋友当年和祁振江接触的全部资料，刘志强打算在这个方向上想办法，借以除掉祁振江。

张汉超四人遇到了难题，南京的刘志强按兵不动，而李秋生则不知躲在哪里，他们决定想办法引蛇出动，先解决掉李秋生这个威胁。此时的李秋生正躲在近郊的一家农户里，民兵的搜查也被李秋生躲过，张汉超和王局长商量之下，在报纸上放出了祁振江将要在周三兴办邀请晚宴的消息，这消息传到李秋生的耳朵里，他不由得异常兴奋。

李秋生又从电台的新闻里听到滨江某家西餐厅要举办重要活动的消息，他得意地以为祁振江必定会出现在这里。而这时，南京军统已经做足了功课，摸清了祁振江的所有信息，刘志强准备亲赴滨江。滨江公安局这边，张汉超对李秋生必定会再一次行动充满了信心，和王局长商量了下一步的行动计划，围绕西餐厅做了周密的部署。

李秋生让手下特务买通了西餐厅的厨师，让厨师乘着做糕点把毒药兑进去，李秋生则计划埋伏在西餐厅的对面，找准时机用狙击枪射杀，但他自以为双管齐下的计划早被公安局掌握得一清二楚。行动当天，张汉超为了把一切做得真实，特意邀了祁振江当天在西餐厅露面，然后杨诚藏在厨房，见特务指挥厨师下药，乘机将特务打晕，铐在了铁架上。

扮成服务员的特务也已落网，李秋生一无所知，当他自以为已经击中了祁振江的时候，已经来到楼顶的杨诚一枪击中了他的眉心。滨江的特务组织全军覆没，祁振江亲自摆宴为张汉超庆功，南京方面则恨得咬牙切齿，军统痛心失去了李秋生这么一个枪手。案子告破，张汉超一行四人离开了滨江，离开以前，张汉超叮嘱王局长千万不能放松警惕。

军统派遣刘志强潜入了滨江，之前将特意将在滨江埋伏的特务一一转给刘志强，以便于他的行动。刘志强下了火车，潜伏在滨江公安局的军统特务马所长专程到车站去接，带出了刘志强随身携带的装备。而与此同时，一路辛苦的张汉超四人来到河北加入公安政法特训班，正接受系统的公安培训。

刘志强和顾菲菲两人和仍然潜伏在滨江的几名军统特务见了面，刘志强将各人都分派了任务，他决定先用顾菲菲骗取祁振江的信任，然后将祁振江引出来，再实施杀手。另一面，张汉超四人正在河北受到系统的培训，他们的下一个目标是解放前夕的北平，准备在解放北平城的同时给国民党特务以沉重打击。

特务顾菲菲在滨江军政府门口堵住了祁振江，她自称是当年救过祁振江的王医生的女儿，为了取得祁振江的信任，她还准备好了当年的照片。祁振江也觉得蹊跷，但是当顾菲菲准确回答出他的提问后，祁振江还是相信了她，并且将她安置在政府工作。培训基地内，首长请张汉超四人吃饭，听取他们如何在北平进行政治保卫工作的建议。

顾菲菲进入了市政府，恰巧祁振江提出要去看望她的母亲，顾菲菲和刘志强决定将计就计，用毒药毒死祁振江。祁振江调离在即，顾菲菲盛情邀请祁振江到她家里去，祁振江同意了，午后一个人到了顾菲菲的家，家里表面上没什么异状，顾菲菲拿出准备好的红茶给祁振江喝，祁振江不疑有它，喝下以后才觉得味道不对。

顾菲菲告诉祁振江，他喝的是氰化钾，祁振江后悔不迭，手刚刚摸到腰间的枪却已经毒发，几名特务乘机将他杀死。祁振江被杀以后，公安局立即封锁周围的胡同，刘志强一干人早已躲在他处，他让顾菲菲继续回去上班，借机散布言论搞臭祁振江。顾菲菲第二天就开始在市政府内大肆散播祁振江乱搞男女关系被人杀死的谣言。

正在河北公安培训班的张汉超四人得到紧急通知，火速赶往滨江。整个滨江由于祁振江身死而陷入人心惶惶，张汉超了解到基本情况，立即赶往案发地点搜索证据，并对祁振江的遗体进行了解剖。敌人已经开始了行动，全城谣言四起，关于祁振江的死，各种荒诞离奇的说法都出现了。经过解剖，王黎生发现祁振江死于氰化钾中毒，张汉超让人尽快寻找毒药的来源。

顺着毒药这条线，专案组找到了医生南寿山的单位，但特务南寿山早已不见踪影。张汉超算准了南寿山准备逃离，而且逃离之前一定会争取和家人见面。专案组在南寿山家门口守候，果然见到了鬼鬼祟祟的南寿山闪进了自家的房门。

南寿山和家人惜别，告诉妻子自己很快就回来，出了门就被专案组抓个正着。刘志强没有接到长春方面关于南寿山接着的消息而坐卧不安，他让打入公安的特务马西贤去打听，如果南寿山被捕，就一定要想方设法毒死他。但专案组截获了送给南寿山的包子，南寿山在死亡的威胁面前终于低头，答应和政府合作。

根据南寿山的交待，公安局全体出动，逮捕了马西贤等一干特务，但狡诈的刘志强半夜里觉得事情不妥，他让顾菲菲发了一封明码电报给公安局专案组，然后两个携带着随身的财物逃到了火车站，上了一辆行李车厢准备跑到长春。在车上，刘志强得意地告诉顾菲菲，自己早已留下了后路。

公安局接到了刘志强逃走时发的明码电报，特务嚣张的气焰激怒了王局长，他命令全城戒严，大街小巷上贴满了抓捕刘志强和顾菲菲的通缉令。刘志强和顾菲菲正焦急地等在行李车厢，此时刘志强的表哥偷偷来到了车厢，并乘机勒索刘志强，刘志强只好把随身的财物都交给了表哥，表哥这才同意帮助他们安全逃出滨江。

狡猾的刘志强和顾菲菲躲过了一次次的搜索，终于逃回了南京的保密局，中央社会部对这个杀人凶手的逃脱十分震怒，命令张汉超四人立即赶赴南京，务必要将刘志强押回滨江进行公审。与此同时，埋伏在保密局多年的共产党员张岚被激活，上级命令她配合张汉超四人行动，从敌人的大本营里将刘志强抓捕归案。

张汉超四人坐火车赶到南京，这次是在敌占区行动，四人化了妆，南京地下党负责人陈书记派人来火车站接应他们，将他们安排进了夫子庙附近的一家旅馆。而就在同时，保密局已经得到了埋伏在共产党东北局内特务传来的消息，逃回南京的刘志强也打算就此抓住专案组这四个人以雪前耻，他命令手下的特务在南京到处搜查旅馆。

保密局的特务在南京见到三男一女就抓，全城鸡飞狗跳，但没有发现张汉超四人的踪迹。陈书记给张汉超送来了武器和刘志强的住址，两人初步确定了行动方案。刘志强苦思冥想，终于在保密局局长的提醒下，想到了张汉超他们有可能住在热闹的夫子庙，特务密查夫子庙附近的旅馆，而张汉超等人被堵在了屋内。