1937年，上海，欧阳剑平前来与中共地下党冯先生接头。冯先生交给欧阳剑平一项重要任务，在上海组织秘密特工组，与日特展开斗争。欧阳剑平迎接来自德国墨尼黑通讯学院访问学者、密码专家高寒，她们两家是世交。曾任国民政府驻东京领事馆武官马云飞在回上海的火车上，相识了一个美貌女子，他识破这个女人就是来上海日军宪兵司令部就任特高课课长的酒井美惠子。马云飞与欧阳剑平等人回合了，马云飞与高寒是过去的情人。他们去“百乐门”等候小组另一成员、来自英国考文垂机械厂的工程师、爆破专家李智博，却与酒井再次遭遇。

李智博一到上海即落入日特手中，他被关押在日本商船“野川丸”上，他随身携带“爱格玛”密码机的部件。欧阳剑平觉得只能靠另一个人才能将李智博营救出来，此人就是原南京卫戊司令部副官何坚，人称“百变神偷”。酒井招来了助手，隐藏在南京的女间谍竹内云子，命令她引诱南京政府高层人员，竹内云子已瞄准的目标则是汪精卫的机要秘书黄浚和他的儿子。马云飞和何坚潜游上了“野川丸”，将李智博营救出来。何坚从保险箱盗取密码机时，引起敌人的注意，马云飞开枪将敌人吸引到自己身边。

虽然何坚和李智博脱险了，马云飞还是落到酒井手里。酒井决定处死马云飞时，何坚从水底解开了马云飞的绳索。五号特工组成员全部到位，他们有着体面的社会身份。当时的政治形势是国共实行了第二次合作，这个组织的宗旨是一切为了抗日。竹内云子返回南京，她化名廖雅权，在国防部招待所打工，她被黄浚的儿子黄晟纠缠。蒋介石下令封锁长江江阴要塞，这个情报到了竹内云子手中，用密码通知长江上所有的日本舰船逃至公海。这份情报被密码专家高寒破译，欧阳剑平和马云飞星夜赶往南京。

欧阳剑平与马云飞赶赴南京，通过马云飞用飞镖将情报“投递”到了蒋介石的行宫。情报来迟了，长江上的日本舰船全部逃离，这件事使欧阳剑平意识到南京政府高层出了问题。马云飞在招待所已注意上了女招待廖雅权，暗自把这个女招待和自己追踪了3年的女间谍竹内云子联系起来，但一时又没有证据。戴笠派老于找到了特工组，希望“收编”，但他们婉言谢绝了。蒋介石决定到上海前线督战，又险些遭到日军飞机的谋杀，这个情报是黄浚传递给竹内云子的。

相继两次的泄密都不出二十四小时，表明在国民政府高层隐藏着奸细。五号特工组调来了参加军事会议的档案，他们注意到黄浚有可疑之处。廖雅权和日本大使在玄武湖接头，黄浚也来了，这个情况被欧阳和马云飞拍下了。一个杀手翻进了马云飞的房间，对他连开三枪。凶杀案引起轰动，竹内云子也送了一口气，可是她却不知道她的阴谋早在五号特工组的预料之中。欧阳剑平故意让戴笠放出“明天委员长要去中央大学演讲”的假情报，以诱捕竹内云子。证据确凿，三个地点同时展开了对竹内云子、黄浚、黄晟的抓捕行动。上海沦陷。

酒井带领一个行动小组潜伏南京，营救即将被判死刑的竹内云子越狱。欧阳剑平也因为出任军事法庭证人到达了南京，欧阳剑平似乎看到了酒井的身影，尽管后者化装成一个村妇。欧阳及时通知了老于，他们还是晚了一步，酒井买通了监狱看守，将竹内云子营救出来。竹内云子转移到了上海，隐居在发租界。通过日本友人中西平的关系，特工组掌握了竹内云子的生活习惯，爱喝圣代咖啡。高寒发现一个小保姆要买那种牌子的咖啡，她紧跟不舍，找到竹内云子的隐居地。