杜明明瞒着肖克与周明天接触。龙飞通过对上级的汇报得知杜明明是卧底在其身边。正当周明天为全国武术比赛准备时，旧伤复发。找来龙飞谈心，刻意说出任务提前。通过龙飞提供的信息，工作组第一时间获取了周明天的电报资料，但无从破译，于是兵分三路，对其学校，家，身上进行搜查，最终找到密码，破解了电报。

所有的一切都近乎在掌控中。周明天向龙飞下达了任务，龙飞再一次经过了周明天的考验，进一步得到了他的信任。行动终于开始了。龙飞周明天次踏上了火车。因为怕杜明明感情用事而耽误任务，龙飞事先提醒肖克，将其锁住。可杜明明报仇心切，又出乎意料的出现在龙飞与周明天面前。

周明天三人下了火车，再次搭上了另一列火车。龙飞在新挂的车厢上发现了杨教授，随后便与肖克联系将杨教授成功救出。通过周明天提供的交易的时间地点。龙飞和肖克同时感到了交易现场，但对方的真正目地并非交易而是将周明天斩草除根。龙飞为继续卧底接近特务，想尽一切办法回到周明天身边。

杜明明获救与肖克感情得到了进一步发展，龙飞通过与周明天之间的周旋，再次得到了他的信任踏上了回京的列车。肖克第一时间被龙飞告知了他与周明天两人的秘密藏身之处，于是重案组部下了重重网络等待周明天的再一次行动。杜明明也冒着再次违反纪律的危险，不顾一切的对周明天实施了跟踪。

龙飞醒来后发觉中了周明天的调虎离山计，根据眼前的种种线索最终锁定特务的交易地点——体育场。肖克得到信息也随后赶到了体育场。这时杜明明也跟踪周明天到了体育场，龙飞等人在寻找周明天的过程中意外的发现了杜明明的尸体，根据墙上发现的线索，肖克等人回到了周明天的藏身处将其抓获。

龙飞带着沉浸在悲痛中的肖克来到了杜明明的被害现场，希望能使肖克振作并查清楚事实的真相。杜明明被杀案未结，龙飞又踏上了护送杨教授去西北的列车，一波未平一波又起，护送去西北的杨教授被龙飞识破是冒牌后，在其逃跑过程中意外被撞死。肖克再次提审周明天，这时龙飞以新的形象出现在周明天面前。