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新中国解放前夕，白纸坊警署小警察徐天（尹昉饰）在追查未婚妻贾小朵被害案件过程中，意外参与到中国共产党和平解放北平的事业当中。面对动荡的时局，金海（孙红雷饰）、铁林（张鲁一饰）和徐天三兄弟所处不同的位置，在亲情、爱情，国家利益、个人信仰发生激烈冲突的时候，情同手足的三兄弟做出了不同的选择，走上了截然不同的人生道路。徐天和共产党员田丹（万茜饰）在绝境中相识，使命感让两个人走到了一起，徐天选择在动乱中协助中国共产党取得了北平的和平解放，迎来了新世界
北平，1949年1月10日，农历农历腊月十二。城外炮火连天，共产党攻占北平指日可待。城内，白纸坊警察徐天和手下燕三在白纸坊辖区追捕吸毒者张帆，打斗中张帆一路窜逃到胭脂胡同找老大灯罩寻求庇护，徐天穷追不舍也跟到了胭脂胡同。同时，徐天拜把子二哥铁林，正在胭脂胡同和清吟小班班主顾小宝缠绵，结果铁林被老婆关宝慧捉个正着，楼下，徐天正和灯罩大打出手。
保密局有行动，要去火车站抓捕两名来自上海的共产党，铁林第一次被允许参加行动，正好金海来找铁林，告诉铁林，徐天不想去南方，让铁林弄清楚徐天换金条的途径是否保险。燕三跑到徐天家告知小朵的噩耗，徐天等亲属赶到案发现场，徐天看着死去的贾小朵急红了眼，抱着小朵回到警署，刀美兰悲痛欲绝。徐天怀疑小朵是灯罩所杀，但徐天被提醒，灯罩昨晚一直关在牢房，而小朵的死从种种迹象看是那个被称作小红袄的连环杀手所为。
燕三见状，跑回去找金海搬救兵。同时，徐天闯到天桥小耳朵的斗狗场，破门而入，被小耳朵的手下暴打捉拿。徐天向小耳朵打探贾小朵的消息，小耳朵却让徐天用装了一颗子弹的左轮手枪朝自己开枪，如果四枪后徐天还没有中枪，就把打听过贾小朵的人告诉他。
田丹被送到金海狱中，刚刚入狱，保密局就派马天放前来向金海提走田丹。此时金海接到剿总电话，不让田丹转狱，马天放被金海打发走，田丹留在了京师监狱。燕三在保密局门口等铁林办差归来，俩人正说着话，铁林被在监狱碰了一鼻子灰的马天放叫走。田丹被狱警带向牢房，一路留心观察监狱格局，各个狱警的喜好特征，留意所关的各类罪犯，还趁乱把发卡的尖端丢给了凶煞不安的灯罩，想为日后逃走做准备。
徐天、铁林、金海三人在三十一军的监视下寸步难行，三人无奈地聊起之后的去向，铁林说自己心灰意冷，不想再为保密局卖命。柳如丝带着萍萍约见情人冯青波，柳如丝从冯口中得知田丹没有在行动中被杀掉，决定放走徐天三兄弟，让狱长金海在京师监狱做掉田丹。此时，三兄弟发现看守他们的士兵擅离岗位，三人趁机逃脱皇宫广场。
京师监狱，阎若洲再次带人来此向金海提审田丹，金海还是不放人。监狱里，灯罩指使八青装病引来狱警探视，田丹趁狱警们被灯罩所缠，成功地制服了正在身边唯一的狱警华子，并将狱门钥匙摘取下来，散给各个牢房犯人，引发监狱混乱，田丹趁此机会成功逃到监牢门口。
铁林从药铺回到保密局办公室，破罐子破摔地与组长马天放吵架，就在铁林认为饭碗即将不保之时，处长阎若洲叫铁林到办公室，升他为第四组组长。铁林诧异，阎若洲表示是保密局高官直接给的指示，趁机把刚才还很嚣张的马天放降成组员。傍晚，徐天和金海在卤煮店吃饭，徐天把柳如丝要杀田丹的事告诉了金海，金海决定今晚就去会会柳如丝。两人要散时，徐天发现卤煮老板家有剔骨刀和哈德门香烟，毫无道理地对卤煮老板产生了疑心。
柳如丝挂掉冯青波电话后接见了金海，金海想要回金条，不想通过柳如丝把金条弄到南边了，柳如丝开出的条件就是杀掉田丹。金海言谈之间很恭敬，并向柳如丝诉说自己的难处，柳如丝觉得是推脱之词，有些不快，告诉金海如果想要回金条就杀掉田丹，金海为了拿回金条暂时答应。金海回到京师监狱，见到八青让他问妹妹刀美兰愿不愿意跟他去南边，并许诺等自己离开北平前放了八青。随后，金海得知徐天来找过田丹，又去狱中见了田丹，警告田丹离徐天远一点，田丹告诉金海，徐天让她帮忙追查杀贾小朵的凶手。
死里逃生的铁林刚从冯青波处离开，就看到关宝慧怒气冲冲地从戏院跑出来。宝慧气愤地把自己挨打的事告诉丈夫，但铁林得知打自己妻子的人是柳如丝，还是认怂了。关宝慧见铁林没为自己出气，丢下铁林自己走开。陶然亭后山，金海活埋灯罩，关键时刻决定留灯罩一命。此时小耳朵找到金海，金海告诉小耳朵他是关人的狱头，没有随便放人的道理，小耳朵明白，自己彻底被金海耍了，与金海结下梁子。
铁林和徐天也到达金海住处，铁林向金海求情让自己进去审问田丹，金海默认了铁林的请求。铁林刚想走，金海让铁林去陪前妻大缨子说会话，可能南下之后就再也没有见面的机会了。铁林去刀美兰住处找大缨子，徐天见铁林离开赶忙跟金海对昨晚的事道歉，并想让金海允许他再去见田丹，金海坚决不应，认为徐天会被田丹利用。另一边，铁林在刀美兰家跟大缨子吃面聊天，却正好被前来找铁林的关宝慧撞见，与大缨子大打出手，金海在隔壁院子闻声而去，见场面不堪让铁林赶紧把关宝慧带回家去，不料关宝慧踹了大缨子一脚，金海狠狠扇了关宝慧一个耳光。众人震惊，铁林赶紧拉关宝慧回了家。
徐天意外地通过凶器追查到当晚在白纸坊附近出没的胡屠夫，并发现杀害小朵的凶器与屠夫刀具正配一套。胡屠夫不由分说被徐天捉拿，但屠夫解释杀小朵的凶器是当晚他酒后丢失，为证明清白，屠夫力证自己有不在场证明，并说当晚他碰见了徐天的大哥金海，也可替他作证。这时徐天才知金海当晚就在白纸坊附近走动，刚打消的怀疑又笼罩在他心头。徐天立刻让燕三去调查胡屠夫所说是否属实。
徐天跟父亲吃饭，摊牌自己怀疑金海杀小朵的事，徐允诺坚决不信。此时燕三从菜市口打听消息回来，结果证明胡屠夫所说属实。另外，菜市口街坊也确实在案发当时见金海一手血地从胡同走过。徐天听燕三所说，更加笃定金海就是杀小朵的凶手，让燕三传金海到警署，徐允诺见事不好让关宝慧赶紧找铁林往警署去。
徐允诺找来警署，徐天闷闷不乐地告诉父亲小朵不是金海所杀，自己准备现在就去金海家赔不是。徐天知道金海暂时不想见自己，就坐到金海家门口坐着等到天亮，不知不觉倚着门睡去，梦见贾小朵临死前跟自己在什刹海泡脚的场景。金海半夜出来看徐天蜷在门口已经睡熟，没有忍心叫醒他。
田丹被金海押到审讯房让她交代共产党交接地点和人员名单，田丹不从，被金海用刑，田丹的手被用刑的夹板夹得血肉模糊。田丹通过金海说的话确认父亲田怀中已经牺牲，共党内部还有奸细，最终，田丹把保密局想要的消息告诉了金海，二十号晚上九点在先农坛南门还有共产党来。田丹与金海约定，她说出情报以后金海就要在监狱保她平安，一直到北平解放。金海依田丹要求给她弄来伤药，狱警十七对田丹多加照拂，田丹自己系绷带处理伤口。
田丹回到狱中见徐天，翻看徐天带来的小朵被害的犯罪现场照片，却因现场毁坏严重而无从发现新的线索铁林没从田丹嘴里套出任何有用的情报，破罐子破摔跟冯青波在东来顺相见，他告诉冯青波，田丹已招供但口供只有金海知道，并在当上保密局处长之后，才能再帮冯青波做事冯青波答应。徐天打发燕三去隔壁看大缨子，但大缨子因燕三公事公办把金海传唤到警署耿耿于怀口不择言说起前夫铁林，两人言语不和不欢而散。
徐天在刀美兰家吃面，徐天向刀美兰表明他已经验证金海不是杀小朵的凶手。铁林回家后，带着关宝慧坐人力车在城中没有目的地兜风闲逛，偶遇军人拦车，铁林亮出身份，人力车夫便载着铁林和关宝慧在军人的地界上畅通无阻，春风得意的铁林告诉宝慧不久后他将升任保密局处长，宝慧却高兴不起来。金海买水果到徐允诺家看望徐允诺，告诉他自己与徐天已经解除了误会。另外金海让徐允诺提醒徐天，可以让田丹帮他追查小红袄，但坚决不能帮田丹在监狱外做事，以免惹祸上身。
田丹利用灯罩进入了狱长办公室，并查到了沈世昌的号码，拨通了沈世昌家的电话。徐天赶到铁林家，说他第二天想到司法处给小朵和田怀中的尸体拍照，让铁林通知下司法处。十七四处寻找狱长金海未果，辗转在铁林家门口找到徐天，告诉他灯罩准备越狱。徐天大惊，让十七继续寻找金海，他立刻前往京师狱田丹与沈世昌通了电话，告诉沈世昌国共和谈事关几十万士兵的生死和北平的存亡，希望能继续进行和谈沈世昌敷衍着。田丹挂了电话，坐在乱七八糟的狱长办公室，见到了匆匆赶来的徐天。
1949年1月15日，农历腊月十七。一大早，小耳朵在白纸坊警署醒来，徐天说司法处马上来车拉小耳朵进京师监狱坐牢，小耳朵听信了徐天的话，只好妥协，大缨子可以马上放回家，他和徐天结下的梁子另算再不找金海和家人的麻烦，徐天见小耳朵答应，放他回家，小耳朵这才知道，司法处根本就没有车来拉他大缨子坐着祥子的车被送回家，燕三见大缨子安全无碍终于放心，并在回家的路上向大缨子表白，希望他们今后能公开走在一起。
金海来柳如丝住所见到冯青波，冯青波为向金海证实自己的身份，跟铁林通话确认，却从铁林口中得知徐天已经拍到了田怀中尸首的照片，还要拿给田丹看，这意味着冯青波杀害田怀中的事即将暴露，田丹马上就能想明白自己的所作所为。铁林也从冯青波处知道金海擅自去找冯青波没有同自己提前商量，气愤不已金海和柳如丝达成协议，四十六根金条可以如数退还。金海和盘告诉柳如丝，共产党在二十号会派两个城外的人到先农坛。
金海、铁林、徐天兄弟三人要聚在家里吃饭，特意准备了一桌酒菜,让他们在南下前好好把话聊开。三兄弟前后到达，饭桌上金海问两兄弟是否与他同下江南。徐天因要抓到小红袄给小朵报仇，决意留在北平，铁林因为想在北平升官发财出人头地，决定不再南下。铁林喝多了酒，把徐允诺视为至宝的盆景折断了枝徐天虽知道铁林已经不再是当年的二哥，但看在兄弟情分上，还是帮铁林遮掩过去金海见兄弟二人心意已决表态会把他们之前交给柳如丝的金条给他们送回来。
