1941年秋，世界反法西斯战争进入最危急关头。日本与美国的矛盾日趋激化，一个神秘的密码组合“KABUKI”（歌舞伎）如幽灵般频频出现，令同盟各国难以破译。为此，英国军情六处与日本反战人士在上海建立秘密通道，向同盟国情报机构传送日军最高军事战略情报，代号“花粉”。

通道刚一建立就遭到日本宪兵队特高课的破获，英国军情六处驻上海19号站全军覆没。未能及时销毁的“花粉”情报残片使日方大为震动，随即便派出了刚侦破“佐尔格”案的东京警视厅谍战专家风间久彦赴上海全权处理“花粉”渠道。

与此同时，由于19号情报站的遭袭，军情六处并没有得到完全的“花粉”情报。于是英国军情局上海站站长休伯特再次指示情报员彼得与76号情报处情报掮客唐亿民交易，准备重开渠道。

风间久彦刚到上海，就封锁了宪兵司令部，并一举摧毁了英国军情六处在上海的最后一个情报据点——眼科诊所，击毙藏匿于宪兵队中的“花粉”联络员佐佐木。“花粉”渠道再次中断。为能重建渠道，休伯特无奈下，准备启用从没参加过任何情报工作，没有案底的女明星于堇——自己的养女作为重建“花粉”渠道的联系人。

在休伯特的安排下，于堇以饰演舞台剧《狐步上海》的女一号为幌子，到达上海。却不巧遭遇昔日情人——话剧导演谭呐，同时谭呐也是这部《狐步上海》的导演，一时旧爱新恨纠缠于两人之间。而舞剧原女一号白云裳，谭呐现在的女友得知女一号换人，顶掉自己的又是现在爱侣昔年的情人，醋劲大发，大闹剧场后愤然离去。

于堇与丈夫倪则仁因过去与谭呐的纠葛而怄气，于堇搬入国际饭店。

唐亿民去宪兵队取情报被风间久彦盯上，彼得去汇中银行取钱被隐藏其中的日本特务银狐三号举报，枪战中彼得受伤逃入国际饭店于堇房中。由于彼得受伤行动不便，曾经受过训练的于堇便承担下与唐亿民接头的任务，乔装赴会。夜总会中，于堇成功与唐亿民接头，并巧妙逃过宪兵队的围捕。

危急关头，休伯特的助手小杨出现并救走于堇与唐亿民，在确认交易成功后，小杨为策安全，将唐亿民灭口，于堇不满。

休伯特派茱莉跟踪于堇丈夫倪则仁，发现其倒运鸦片，遂向日本宪兵队举报。

宪兵队查抄了倪则仁的仓库，搜出大量鸦片。特高课在国际饭店当着于堇的面逮捕了倪则仁。森田正怀疑倪则仁在为新四军运输药品，遂对其进行刑讯。于堇找休伯特营救倪则仁，休伯特假意应允。

森田正对风间久彦封锁宪兵司令部提出异议，认为“花粉”渠道已经破获。而风间久彦坚持认为，仍有“花粉”联络员暗藏于宪兵司令部内。

休伯特以试新衣为名，将接头信物交给于堇。并安排了于堇去宪兵队探监丈夫倪则仁，遂实施“花粉”情报交接。

于堇探监倪则仁，在宪兵队巧遇风间久彦引起风间警觉。于堇虽然没有参加过实际工作，但曾经的特工训练使她很快就察觉到了休伯特的计划，并发现了休伯特利用倪则仁为借口，以探监为名，掩护“花粉”情报交接。

于堇与休伯特摊牌，但被休伯特说服，休伯特晓以大义，并保证这次情报交接后就将倪则仁赎出。

谭呐与凯德商行老板范健生倒运管制药物盘尼西林，汪伪海关关长乃一酒色之徒，想通过谭呐导演的关系约见明星于堇，一亲芳泽。被于堇当面拒绝，甚感恼怒。

风间久彦对已经封锁的司令部中遇到于堇耿耿于怀，同时又在随后不久监听到了英国军情六处特有的“伦敦指法”，风间觉得自己已经接近了“花粉”渠道的关键。

新送来的“花粉”情报要求保证通道长期建立，原本以为是一锤子买卖的休伯特陷入了两难境地。刚向女儿保证要营救倪则仁，但为了情报渠道畅通，就不得不阻扰倪则仁出来。于是，休伯特谎称保释金额过大，手上暂无足够赎金。于堇在倪则仁家中寻钱未果后，谭呐取出巨额现金给于堇。

于堇从谭呐处借到巨款架车准备去宪兵队保释倪则仁，在路上遇到车祸，慌乱中车中巨款不翼而飞。于堇察觉到此时与小杨有关，于是质问休伯特。得到的答复是不能保释倪则仁，为了保证情报渠道畅通，为了在战争中赢得胜利，救回更多的生命，需要一定的牺牲。休伯特要求于堇正视自己的责任，她无法逃避。

同时，为了倪则仁能够继续留在宪兵司令部内掩护情报渠道。休伯特命令于堇构陷倪则仁，将发报机亲手放入倪则仁寓所。

谭呐将排戏经费借给于堇被季会长得知，打手要债被于堇撞破。于堇匆忙归还赎金，引起谭呐怀疑。

风间派坂垣伍长寻找监视军情六处情报员，发现斯坎伯纳书店的收银员小李就是军情六处的谍报员。英国军情六处亚洲区负责人布莱尔通过其他渠道弄到了日本军用密码NH密码本，小李和彼得去取时被监视小李的坂垣发现。

彼得与小李去取NH密码本遭风间久彦伏击，小李自杀，NH密码本被风间截回。健生就成关长扣住盘尼西林一事来质问谭呐，原来谭呐与健生都系重庆军委技术处的特工，在上海从事地下活动，倒运珍贵药品支援前线抗战。谭呐将其对于堇的怀疑告知健生。

倪则仁在释放时被举报再次抓回，风间久彦对倪则仁再三遭人匿名举报产生怀疑，同时怀疑于堇身份与目的。

风间注意到与小李同时去取情报的彼得，并认定他也是军情六处的间谍。

于堇二次探监倪则仁，回国际饭店时被色迷心窍的成关长绑架。对于堇产生怀疑，遂跟踪监视于堇的谭呐，悄悄尾随成关长的手下来到郊外仓库。并在于堇身份暴露的危急时刻击毙成关长，就了于堇一命。