特务袁山专程到越剧团听戏，怀着通过他们接近上海市长的目的来给谢音梦捧场。晚上七点，袁山坐在车里等待两个潜伏特务，对上接头暗号以后，和两人一起来到他住的豪华别墅内，袁山冷淡的态度引起了两个特务的不满，但袁山是他们的顶头上司，他们敢怒不敢言，只能按照袁山的吩咐去订做一枚胸针。
越剧团两名死者沈明和徐国昌的来历上海市公安局已经调查清楚，张汉超找到徐国昌的老婆，但是一问三不知，张汉超只得到了一张两名死者和一个陌生男子十年前的老照片。张汉超带着照片去问越剧团的谢音梦，但谢音梦也不认识这第三个人。此时的袁山已经开始了自己的行动，他送给谢音梦一件高档的胸针并邀她共进晚餐，而谢音梦又拽着李文蕾给她壮胆，张汉超也同意了谢音梦的要求。
晚上谢音梦和李文蕾二人来到西餐厅，袁山的彬彬有礼和出手阔绰很得谢音梦的欢心，袁山自称钟爱越剧事业，希望为上海的文化发展贡献力量，二人相聊甚欢。吃完了饭，袁山又提出送二人回家，李文蕾和谢音梦在他的车上等待期间，在箱子里发现了大量有关谢音梦的剪报和一些糖果，而此时的袁山正在偷偷与餐厅的阿六完成了接头。
袁山出了餐厅的门，李文蕾和谢音梦赶紧掩饰二人偷翻他的箱子，总算把事情圆了过去。李文蕾回到招待所，当着张汉超三人的面儿夸赞袁山的浪漫和懂情调，说谢音梦早就对他对心了。第二天，老照片已经分析出了拍摄地点，时间和地点相对，正巧可以查出那是军统的特务培训班，张汉超和王黎生再赴徐国昌家里，徐国昌的老婆没有隐瞒，她告诉二人，照片上的第三个人姓祝，解放前就一直威胁徐国昌给国民党卖命。
公安局动用了全部力量也没有查到照片上姓祝的到底是谁，专案组决定再次提审已经移交司法机关的黄宇今。此时，袁山再次邀请谢音梦看电影，借机从她的嘴中套出话来，得知市长要在星期三举办文化界的会议，回到家中，袁山招来两个特务，秘密筹划下毒。到了星期三，特务老蔡利用送大米的时机，通过搜身检查进入了永林饭店。
袁山主动要求送谢音梦去饭店，借机把氰化物藏进了她的手包。送大米进入永林饭店的特务老蔡装作不小心撞到了谢音梦，取来了手包里的毒药。专案组开始提审黄宇今，黄宇今交代了毛人凤命令自己杀掉二人的事实，但他其余的什么也不知道。张汉超觉得这和国民党刺杀市长的活动有关，连忙赶赴永林饭店，而这时，特务老蔡已经在厨房找到了下毒的机会。