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1948年，特别调查局要员俞北平被上级调往青城，奉命调查发生在那里的命案，可实际上，俞北平的真实身份正遭到上级的调查和怀疑，他时时刻刻都处于危险之中。在青城，俞北平遇见了名为林莎的女子，身为美军中尉的她，其真实身份其实是俞北平失散多年的女儿。 俞北平还有一个小女儿名为徐丹妮，此时正在青城上大学的她被卷入了和已婚大学教授的不伦之恋之中无法自拔，与此同时，她和父亲之间的关系亦因为俞北平特殊的身份而陷入了僵局之中。俞北平一边要顺利完成上级交代的任务，一边要和狡猾阴险的敌人周旋，一边还要承受来自至亲的不解和误会，他陷入了苦战之中
1948年春，国民党情报机构发现中共活动踪迹，南京国防部二厅郑翊处长一路追查，锁定道济银行董事长张瀚民。危急关头，张瀚民为掩护深度潜伏的同志俞北平自杀。俞北平的公开身份是南京国防部二厅军事技术处处长，既是郑翊的同事，又是二厅副厅长徐文正的女婿。在张瀚民事件中，俞北平被郑翊盯上，20多年的潜伏生涯面临终结。与此同时，远在山东清城，美军少校约翰被刺杀，所携绝密文件或已泄露。徐文正接到郑翊的报告后，决定任命俞北平为特派员，前往清城调查此案。此举一箭双雕，既能查清约翰枪杀案真相，又能甄别俞北平的真实身份。此时的俞北平已走入死局，张瀚民之死使他失去了上线联络员。张瀚民临终前托付他进一步追查代号“比基尼”的《清城轴心中美联合攻防部署》，也已成为一项不可能完成的任务。而徐文正和郑翊已经在清城，为俞北平准备下了一个精心谋划的陷阱。
徐正文的副官田昱告诉俞北平清城防务方案的与会人员共有五人，分别是清城特调局副主任蒋维民，情报处主任程忠义，技术部长张炳坤，行政处秘书舒晓梅以及办公室主任秘书范自强，而约翰少校的行程只有他们五人知道，他们有最大嫌疑。与此同时，美军驻清城港口指挥部情报处中尉林莎正在调查约翰案的现场遗留物，正当程忠义同舒晓梅吃饭时，林莎正好找到他。林莎告诉他检测结果，并表示美方已经介入调查。俞北平同妻子徐咏仪前往清城，一路上徐咏仪很是担心女儿徐丹妮。徐咏仪见到徐丹妮被拷在审讯椅上的场景揪心不已，俞北平劝徐咏仪冷静下来，并亲自去询问徐丹妮。
郑翊驱车赶往清城调查俞北平，徐文正在窗口目送她离开。随后，他跟田昱商讨约翰案一事，并表明党国目前的首要之事便是让比基尼计划顺利进行。与此同时，在俞北平处所，徐咏仪借口去泡茶，留下俞北平同徐丹妮单独相处。俞北平借此机会劝诫徐丹妮做人要懂得灵活变通，并诚恳地向她道歉。俞北平到美方同安德烈会面。俞北平到吴昆才办公室，来查看特调局那五个人的档案，张凯见此便先行离开。俞北平回家后，蒋维民打电话来，告知俞北平约翰案一事是个针对局内高层的阴谋，并透露他同其他四人的住处都被一级监控。
吴昆才向郑翊讨要监控俞北平的理由，害怕得罪徐文正。郑翊告诉吴昆才怀疑俞北平的线索，吴昆才表面允诺，心里依然觉得是高层的内斗。“约翰案”随着舞女赵冰冰的出现有了重大突破。有证据表明，蒋维民伙同赵冰冰里应外合共同策划谋杀约翰，蒋维民、赵冰冰疑为共产党，尤其赵冰冰在事发后便失踪了。得知这一消息，俞北平心情复杂，蒋维民如果身份可靠，将是他与组织联系的救命稻草。
甄别蒋维民身份陷入困顿之时，俞北平的女儿徐丹妮再出状况。俞北平惊讶地发现，女儿竟将共产党员曹旭东藏匿在家中。俞北平震怒，父女俩剑拔弩张，徐丹妮不惜以死相逼，俞北平不得不让步，冒险保护曹旭东。徐丹妮为何能突破小白楼层层警卫，将一个共产党员带回家。俞北平感觉自己掉进了一个陷阱。特调局行动队队长张凯是吴昆才的小舅子，此时正沾沾自喜地在郑翊面前邀功。曹旭东确系张凯的有意安排，为的是试探俞北平的真实身份。
俞北平为修复和徐丹妮的父女关系，可谓尽心尽力。徐丹妮学校要举行合唱比赛，徐丹妮作为音乐系学生被选为伴奏者。俞北平便在学校排练期间，看徐丹妮练琴。随后，两人一起看电影，俞北平买了徐丹妮小时候最爱吃的牛轧糖。两人回家后，俞北平再次耐心劝徐丹妮远离社会斗争，静心提升自己，徐丹妮乖乖点头。深夜，蒋维民所处的羁押室突然来了一位不速之客。他用布条将熟睡的蒋维民勒至身亡，并将巡夜的士兵暗杀后逃走。由于逃走得匆忙，他遗留下了一颗纽扣。
俞北平在一家舞厅终于找到了赵冰冰，他经过试探发现，赵冰冰并非是他同志，一时间失落不已。这时，张凯来找赵冰冰，原来张凯和赵冰冰是情人，是他将赵冰冰藏匿于这家舞厅里。他见赵冰冰晚归，不仅出手掌掴她，还斥责她到处乱跑，见赵冰冰委屈，又忙安慰她。俞北平和林莎带人在约翰案发生地点旁的河中，找到了相关证据。林莎觉得可以就此断定赵冰冰和蒋维民是共党，俞北平却不同意。
南京有密电，要求立刻处决蒋维民。俞北平却觉得约翰案仍有许多疑点，对此密令不敢苟同。俞北平和郑翊在夜间前往关押蒋维民的审讯室，蒋维民拒不认罪。而俞北平无可奈何之下，只能枪决了蒋维民。之后，吴昆才来找郑翊告诉自己想到能让约翰案的办法便是将蒋维民送往南京，却不料来迟一步，蒋维民已被处决。郑翊告诉吴昆才，俞北平的目的是拿攻防部署，他们只需要拭目以待，让俞北平自己露出马脚。
俞北平劝告张凯硬闯金湖会馆救吴昆才的计划不可能完成，并抓住张凯急于救吴昆才的心态，用帮忙救吴昆才的条件，诱导张凯写下“约翰案”的自白，写明约翰之死是张凯一人所为，并点出这是党内斗争的结果。吴昆才不仅是张凯的姐夫，还是他的良师益友，张凯为了吴昆才，最后同意了俞北平提出的这笔交易。郑翊和林莎通过乘坐火车的人员记录，发现张凯和约翰案有千丝万缕的联系。之后，郑翊发现俞北平失踪，大为恼火，火速召集特调局人员，搜寻俞北平并抓捕头号嫌疑人张凯。
南京下令约翰案要以蒋维民伙同赵冰冰杀害约翰结案，郑翊却认为这并不能令美国方信服，因为张凯已经露出了足够多的马脚，而吴昆才在面对郑翊时，也承认约翰案是张凯所为，此事目的是为栽赃给共产党，好让美国加入内战，帮国民党打共产党。在如此混乱的局势下，俞北平心里因握有张凯的自白而安定不少。
郑翊得知吴昆才逃出后，怒不可遏，忙派人搜寻。吴昆才在美方的保护下，重回调查局。郑翊和俞北平联手审问他，吴昆才极力辩解，并道出自己打消了美方对国民党方早就监控蒋维民一事的疑虑，但郑翊和俞北平对他还有很深的怀疑。俞北平约吴昆才见面，想寻找机会获得他身上的攻防部署，而吴昆才也按郑翊所安排的那样，故意携带了放置假攻防部署的公文包，想以此来引俞北平上钩。
张凯自白书里揭露了约翰案的内幕，引起了轩然大波，情势对国民党很是不利。俞北平匆忙召开会议，商谈张凯自白书见报之事，下令让下属们赶紧抓到发布消息之人。郑翊知道俞北平想通过把俞北平拉下马，从而参加周六晚上关于攻防部署的总结会，拿到攻防部署的详细资料。国民党南京保密局知道比基尼计划后，派人向徐文正施压，要求保密局介入此案，并向徐文正提出将俞北平、郑翊带回南京调查。
徐文正找南京国防部二厅厅长郑介民商谈俞北平之事，而郑介民告诉他部里已动用外交资源，通过华盛顿说服了美方签下约翰案结案报告，并提出等一切事情尘埃落定后，再给俞北平定性。徐文正找俞北平到办公室，告诉他翊写了份报告检举他，并借此观察他的反应。而俞北平属于老江湖，自然没有露出端倪。
“约翰案”终于结案。俞北平回想种种蹊跷，怀疑从吴昆才手中获取的《攻防部署》存在问题，为确保无误，他打算另辟蹊径，从刚刚加入《攻防部署》修改小组的林莎下手。面对俞北平，林莎同样有隐秘的目的。俞北平试图接近林莎获取情报，不想反遭林莎设计。在药物的作用下，俞北平向林莎坦白过往，透露自己曾参加北伐战争，也因此失去了前妻和孩子。在前线，我军节节败退，事实证明，俞北平传递出来的《攻防部署》存在重大问题。俞北平意识到自己踩进了郑翊和吴昆才联手布下的反间计圈套，被困在原地不知如何是好。幸好组织并没有上当，这让俞北平暗自庆幸。
俞北平查清了女儿徐丹妮暗恋的老师的身份，让秘书对迟又一进行恐吓，企图让他离开徐丹妮。林莎私下秘密追踪“约翰案”的关键人物张凯，并即将接近真相。俞北平急欲确定林莎的身份和来历，深夜潜入林莎公寓，却无意间发现一个令他震惊的真相：林莎是自己的女儿。与此同时，郑翊也对林莎展开秘密监控。得知林莎是自己的女儿，俞北平心情复杂，他不知道女儿是敌是友。谢楠在切断跟俞北平的联系之前向他透露，林莎即将揭开张凯的死亡真相，俞北平处境危险，自己将采取行动阻止林莎。谢楠打算将林莎灭口，郑翊对谢楠的行动了如指掌，布下埋伏，置林莎的性命于不顾。得知内情的程忠义决定救林莎。
由于郑翊全城搜捕谢楠，为了能让谢楠出城好同组织会面，俞北平寻求美方的帮助。郑翊等人早已盯上了俞北平的行踪，他们借政治部主任陈雪明的名号让孙德利等人在出城的关卡处对俞北平所运送的货物进行开箱检查。俞北平技高一筹，特意安排谢楠装扮成美军，在他被停车搜查时抓住时机成功出城。林莎暗自到角川书店同地下共产党员唐进义书记见面，原来她竟是共党安排在美方的特务。
俞北平在小白楼发现了黄春水所留下的线索。与此同时，他也发现黑索金无疑是郑翊给共党情工人员设的局，目的便是要挑起美军对共产党的战争。而这时，组织高层因对俞北平仍处在怀疑中，而无法回应俞北平的要求。在一番商讨后，高层们都同意了谢楠提出的让林莎去试探俞北平的主意。
俞北平发现了郑翊正在秘密执行“比基尼”计划的第二阶段，还找到了同志黄春水用生命保护的黑索金设备线索。前线，我军急需黑索金这样的重型武器，俞北平急欲将情报传递出去，却无计可施。郑翊布下的黑索金诱饵，美方已顺利上钩，开始怀疑苏联介入中国内战。此时，郑翊只待共产党上钩，令假象看上去更加真实，便能成功挑起美苏冲突。就在组织为获取黑索金而将落入郑翊的圈套时，俞北平设计搅局。就在俞北平围绕黑索金设备与郑翊周旋时，全然不知林莎的共产党员身份正在浮出水面。
俞北平的秘书姜平是郑翊安插在他身边的人，姜平锁定了饭店跑堂、交通员小郭。黑索金设备苦觅无踪迹，组织一筹莫展，就在这时，组织收到情报，黄春水在死前留下的黑索金设备线索，就隐藏在俞北平所在的小白楼内，但出于对俞北平的不信任，组织计划避开俞北平潜入小白楼夺取。迟又一终于对徐丹妮的爱情有所回应，徐丹妮快乐无比，拉着迟又一去酒吧喝酒，却被吴昆才等人看到。郑翊一路追踪，发现共产党针对小白楼展开行动，不动声色布下埋伏。
俞北平伤愈出院，成功找到宾妮用生命传递出的情报。同时，俞北平发现程忠义对林莎的隐秘感情，巧妙利用，将程忠义变为己用。通过宾妮的情报，俞北平得知黑索金设备就藏在美军港口俱乐部内，然而俱乐部处在美军巡逻队警戒范围内，想要秘密运走绝非可能。更令俞北平忧心的是，组织对自己的甄别还没有结论，情报无法传递出去。
