“血狐狸”和王同会合后，开车带着郑海遗留的炸药驶回重庆。

雷启明带领公安战士和当地民兵清剿四面山的土匪，却始终没能找到“蝙蝠”。鉴于“血狐狸”已经逃回重庆，雷启明决定暂时放弃搜捕“蝙蝠”的计划，押解朱大顺回重庆。民兵连长张新借护送雷启明等人下山的机会混入公安队伍。经过黑风口，雷启明等人遭到土匪袭击，朱大顺被土匪击毙。

张新击毙偷袭雷启明的一名土匪，赢得雷启明以及更多公安战士的信任。回到重庆，雷启明向局长介绍了张新，请他留在重庆协助侦破工作。张新保证配合雷启明抓获“蝙蝠”。

唐七逃回重庆后躲进耿家栋家，继续密谋袭击中央领导人的行动计划，并准备从剧团的当红演员高红林下手，获得剧团为中央领导演出的准确时间。他们先是设计让唐七和高红林在耿家栋家的门前邂逅，随后又指使一辆人力车撞伤了高红林的奶奶，制造唐七接近高红林的机会。唐七将被撞伤的高奶奶送进医院，给老人和高红林留下良好印象。

刘玉梅为早日研究出神经毒素解药，在自身的注射实验中加大了剂量，结果因为药物过敏突然昏迷。协助实验的护士小李找来于敏救治刘玉梅。于敏抽取刘玉梅的血样化验，发现事情蹊跷。苏醒后的刘玉梅没有向于敏透露实验的内容。

“血狐狸”带着王同和孟京在重庆一处废弃工厂安顿下来，随后赶往医院找于敏接头。于敏就是“四骑士”当中的“蝎子”。“蝎子”如约来到“血狐狸”的藏身处。“血狐狸”向于敏重申“死亡骑士”计划，透露“狼”已经被捕，并向于敏索要炭疽炸弹。于敏以向台湾方面请示为由拒绝了“血狐狸”的要求。“蝙蝠”张新赶到，向“血狐狸”报告了“狼”被捕后的情况，以及雷启明的家庭情况，特别说明了雷启明有一位十岁的女儿——雷晓恬。唐七化名“张一新”和高红林接触，两人的关系进展迅速，很快确认了恋爱关系。

于敏通过电台向台湾方面汇报了重庆的情况，一时间没有得到上级指示。这种情况下，迫于“血狐狸”的压力，于敏不得已交出了少剂量病毒。“血狐狸”指使王同和范辉将神经毒素投进被服厂的水塔，导致大量工人饮水中毒。刘玉梅发现被送进医院的病人中毒情况与刘刚以及雷启明所中神经毒素的情况极其相似，于是利用已经取得的研究成果制定治疗方案，及时控制了局势。

“血狐狸”计划通过投毒导致大量工人脱产，从而干扰被服厂的正常生产，以影响朝鲜战争前线的后勤供给。得知医院很快控制中毒工人病情的消息，“血狐狸”钱孝义恼羞成怒，派王同到医院杀害刘玉梅。于敏在医院阻止了王同的暗杀行动。

雷启明意识到发生在被服厂的投毒事件就是“死亡骑士”计划的一部分，抓紧审问张为农，怎奈张为农拒不交代任何情况。雷启明请来柳萍芝和张为农在审讯室相见。张为农以为母亲的哥哥早已经死于点火，没想到能够在重庆见面。柳萍芝告诉张为农，他的亲生父亲不是张兆麟，而是牛孝天，而且牛教天已经被“血狐狸”派人杀害。张为农不愿面对现实，更不愿意接受自己的真实身世，拒绝听从母亲劝告。柳萍芝无奈之余请求雷启明再给张为农一次机会。

刘玉梅的研究工作陷入困境，身体状况和精神状况日渐衰落。已在暗中了解情况的于敏向刘玉梅提供了一部分制造神经毒素的德文资料，答应帮她翻译相关内容，加快神经毒素解药的研究，以最终掌握这项先进的科研成果。“血狐狸”警告于敏，无论神经毒素解药的研究进度如何，等他想要实施计划的那一天到来，于敏必须要把病毒武器和炭疽炸弹交给他。

唐七频频约会高红林，逛公园，请吃饭，送衣服。奶奶提醒高红林看人不要只看外表，可是恋爱中的高红林根本听不进去。几次约会之后，高红林禁不住诱惑，以身相许，还向唐七透露了剧团为首长演出的消息以及确切的演出地点和日期。唐七和耿家栋抓紧时间制定偷袭中央领导的计划，准备就在演出时实施行动。

张为农在关押期间拒绝招认“死亡骑士计划”的任何情况。雷启明为了重新从张为农身上获得有用的线索，假意释放他出狱，并暗中跟踪。张为农离开公安局后，到八仙庵和振东茶社等地查看情况，途中与唐七相遇。为了保护唐七的安全，张为农假装不认识对方，和唐七擦肩而过。

“蝙蝠”张新向“血狐狸”报告了公安局释放张为农的消息，“血狐狸”认为张为农已经失去价值，派手下寻找张为农，伺机干掉他。

张为农投宿小旅社，夜间结识了由乡下逃婚到重庆的姑娘苏月。苏月家中欠债，其父便将其抵给了村中的恶棍还债。苏月逃婚到重庆，举目无亲，很担心家中多病的母亲。张为农同情苏月的身世，更被其对母亲的情感打动。他重新回公安局找到雷启明，想再看看母亲柳萍芝，还要求去牛孝天的坟上祭奠。

王同向“血狐狸”报告张为农的行踪，“血狐狸”安排特务埋伏在牛孝天坟地周围。雷启明护送张为农和柳萍芝到牛孝天坟前，与特务展开战斗。为救柳萍芝，张为农和雷启明并肩作战。有特务暗中瞄准雷启明，张新突然出现，将特务击毙。谈话间，张新问雷启明是否认识雷长生。知道丁四叫“雷长生”的除了公安局的战友，只有杀害丁四和石玉的人。雷启明根据判断认出面前的张新就是潜藏最深的的“蝙蝠”。张新意识到身份被识破，向雷启明开枪。张为农保护雷启明中弹身亡。临死前，他透露了唐七和耿家栋准备暗杀中共领导人的情况。

雷启明派人逮捕唐七和耿家栋，结果耿家栋拒捕自杀，唐七则不知去向。其实，唐七已经借助高红林的帮助混入剧院，而高红林并不知道“张一新”是来暗杀中央领导的特务。雷启明查到唐七和高红林往来亲密的线索，急忙带领战士赶赴高红林演出的剧院。唐七化妆上场，令台上的高红林大为吃惊。雷启明赶到剧院认出化妆后的唐七。唐七抓住高红林作为人质，负隅顽抗。打斗中，唐七中刀而死。

“血狐狸”为了报复申习东，在孟京带领下找到申习东家，杀死了辛子容，绑架了他们的孩子。“血狐狸”在申习东家作案后留下“四骑士”画像。雷启明不知“四骑士”的含义，对其隐藏的寓意更是百思不得其解。刘玉梅告诉他，“四骑士”的故事出自《圣经》，四位“死亡骑士”分别代表：战争、饥荒、死亡、瘟疫。雷启明意识到这条线索对侦破“血狐狸”案件非常重要，激动之下体内神经毒素发作。

在医院，刘玉梅给雷启明注射了大剂量的解毒剂，希望他立即停止工作接受全面治疗，公安局局长也命令雷启明住院治疗。

王同前往“亚洲饭店”向特务徐斌布置爆炸任务被线人认出。公安局方面在“亚洲饭店”布置警力，以防出现不测。

配合“亚洲饭店”的爆炸行动，也是为了转移公安局方面的注意力，“血狐狸”化妆成解放军首长和王同调查了保育院的守卫情况，希望保育院也能接收他的孩子。随后，王同以申习东的孩子为掩护，把定时炸弹安放在孩子身上带进了保育院。

朱勇等人在“亚洲饭店”抓获了企图引爆爆药的徐斌，询问申习东孩子的下落。路明赶来报告，有人在保育院见到了王同。朱勇等人赶到保育院，抓捕了受伤的王同。路明在清除定时炸弹中牺牲。

路明的牺牲大大刺激了病床上的雷启明，他坚持出院继续进行侦破工作。无意中，他发现刘玉梅的实验记录，知道了妻子为研究神经毒素解药所做的一切，他希望刘玉梅马上停止这种会带来生命危险的实验。

解毒剂配制实验已经进入最后阶段，刘玉梅没有听从丈夫的劝告，继续进行实验，并接受了于敏的帮助。于敏在化验室发现解毒剂配制实验的笔记，趁下班之际潜入化验室QIE取笔记，还杀害了发现情况的护士小李。

雷启明认为杀害小李的凶手就隐藏在医院，而且一定同“死亡骑士”计划有关系。刘玉梅怀疑是于敏所为，因为医院中除了小李之外只有于敏熟悉她的实验。不过，由于在实验中获得于敏帮助，同时缺乏足够有力的证据，刘玉梅没有将自己的怀疑告诉雷启明。

刘玉梅注意到于敏频繁出入医院的太平间，趁太平间没有锁门的机会悄悄进入，想看个究竟。太平间是于敏配制病毒和隐藏炭疽炸弹的地方。于敏发现刘玉梅来到太平间，知道身份败露。向刘玉梅表白自己爱情遭到拒绝后，于敏用药剂将刘玉梅迷昏，并到学校绑架了雷晓恬，一并交给“血狐狸”处置。

有了刘玉梅和晓恬作为人质，同时又有了于敏交出来的病毒和炭疽炸弹，自以为胜券在握的“血狐狸”准备开始真正实施“死亡骑士”计划。

雷启明得知妻子和女儿被“血狐狸”绑架，身心受到巨大打击。

于敏不甘心失去神经毒素的解毒剂配方，向刘玉梅许诺如果交出配方，可以偷偷放走她和晓恬。刘玉梅誓死不从。晓恬机智地请求于叔叔将紧紧捆在手上的绳子绑松些。

于敏不知是计，听雷晓恬依然叫他“于叔叔”，便欣然答应。待于敏走后，晓恬挣脱绑绳，解开刘玉梅身上的绳子，两人逃出关押室。不想，母女俩在逃路途中被于敏和“血狐狸”的手下抓回。

特务孟京奉命到公安局见雷启明，让雷启明跟着他去见“血狐狸”。在一处隐密的废弃房子里，“血狐狸”以刘玉梅和雷晓恬的性命威胁雷启明，要求他随时听从指挥。尽管雷启明不愿屈从，但在妻子和女儿性命攸关时刻也只能任凭“血狐狸”安排。

派孟京送走雷启明后，“血狐狸”将晓恬带回他藏身的废弃工厂，同时命令于敏处理掉刘玉梅。于敏没有放弃索要解毒剂的念头，追问刘玉梅解毒剂配方，因此迟迟没有下手。雷启明脱身后跟踪监视他的特务再次来到刚才和“血狐狸”见面的地点，识破于敏的身份，指出对方就是“四骑士”之一的“蝎子”。于敏妄图进行最后反抗，被雷启明击毙。

尽管救出了刘玉梅，雷启明却因为无法找到“血狐狸”藏身所在而不能搭救女儿。就公安局掌握的线索，只有在医院养伤的王同知道“血狐狸”藏在哪里，可是王同拒不配合审问。寻找“血狐狸”的侦破行动再次陷入被动。

“蝙蝠”、“狼”、“蝎子”先后死去，“四骑士”只剩下了“血狐狸”。钱孝义孤注一掷，计划在十月二十五日展开最后行动。

“血狐狸”命特务田力到公安局送信，让雷启明于当日中午12点前为其提供一条通往黄山别墅的道路。

田力将信交给雷启明后吞毒自杀，没留下有关“血狐狸”的任何线索。黄山别墅是首长办公的地方，保卫措施严密。雷启明认为“血狐狸”不会去自投罗网。为了掌握“血狐狸”真正的意图。雷启明让公安战士在医院制造了火灾假象，放走王同。

王同由医院逃出后果然前往钱孝义藏身的工厂，雷启明跟踪而至。“血狐狸”先是派孟京背着炭疽炸弹袭击军营，接着要给雷晓恬和自己注射鼠疫病毒，妄想在重庆市内进行大范围传播。把自己的雷晓恬变成杀人的病毒武器，正是“血狐狸”实施“死亡骑士”计划的最后一步。雷启明击毙王同后及时赶到，大大出乎“血狐狸”意料。不过，由于体内神经毒素发作，雷启明抽搐倒地，任由“血狐狸”踢打。雷晓恬上前扑到雷启明身上，拼命摇晃雷启明，希望他能站起来。“血狐狸”见雷启明连站起来的力气都没有，得意之际放松的警惕。扑在雷启明身上的晓恬依照爸爸的小声指挥悄悄拿起手枪猛然回身，击中了毫无准备的“血狐狸”。孟京绕路潜入军营计划实施恐怖袭击，结果被朱勇、方中等公安战士击毙。

“血狐狸”的“死亡骑士”计划被彻底粉碎。康复后的雷启明和战友们来到烈士陵园，祭奠战斗中牺牲的战友……