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《谍海追踪》作为当代反窃密、防泄密，展现我国国安人员为捍卫国家安全与境外间谍生死较量的电视剧，极其注重剧作的合理性与事件的逻辑性，故事情节跌宕起伏，矛盾冲突一触即发。同时该剧融入不少“烧脑”情节，黑客、间谍等独特亮点元素也在其中，是近年来谍战剧中难得的诚意之作。
中国航母出海试航标志着中国已经进入到了航母时代，同时也成了国外某间谍组织的眼中刺，间谍组织领头彼得森明白材料是中国航母建设的关键，于是研制高性能材料——超级钢的801工程成为了彼得森的伏击目标，全球知名的华裔工程师的冯教授成为他们猎杀的对象，这系列计划被彼得森称之为沉没计划。当冯教授走出公寓准备上车时，匍匐在公寓对面顶楼上杰森的狙击枪早已瞄准冯教授，冯教授坐进驾驶舱打火的时候，杰森扣动了扳机，冯教授颈部中枪死亡，杰森迅速离开。
刘锋通过间谍组织的成员拿到了沉没计划的SD卡，让韩萍确定京海市的窃密事件是国外间谍组织一手策划的，刘锋利用与出租车司机互换身份在机场安检前躲过了彼得森在国外的追杀。杰森在机场堵截刘锋失败，彼得森又对京海的苍狼下发了指令，苍狼在超市收到信息后立马回家与神秘女人联系，被要求在机场销毁刘锋手里的SD卡。与此同时，孙阳与姐姐孙敏在自家的万佳餐厅吃饭，席间孙敏劝说孙阳放弃国安部的工作，接受家族企业，但却被领导的电话打断了，让他送两位客人去机场。
孙阳假扮老爸给他姐打电话，劝说他姐支持他的工作，却被孙敏发现了，又是一番教训。吴枫复原的SD卡得出了材料研究所、信通公司、代码、海归工程师几个关键词，韩萍等人经过仔细地分析抓住了信通公司的总经理姓韩东这条线，决定让陆欣去韩东公司应聘，陆欣成为了韩东公司的前台，成功潜伏获取了韩东晚上“四海会所”饭局的情报。材料研究所内，高捷到数据中心，坐到一台电脑前，拿出手机打开摄像头，插在上衣兜内，把摄像头对着屏幕，开始浏览研究报告。
高捷去了数据中心，却发现他没有权限查看801工程的资料，只能去找了老卢打听801工程的研发报告，借口需要宣传的资料，将U盘插在了老卢的电脑上拷贝资料。趁着老卢起身沏茶的机会，高捷调出801工程的资料迅速拷贝，却被转身过来的老卢发现询问拷的什么资料，突然进来的工程员跟老卢汇报下午的会议资料终于让高捷有惊无险成功拷贝。一路监视着高捷的专案组，在高捷给韩东发出：“拿到了，中午十二点老地方见”的信息后，也分组立即采取了跟踪行动。
陆欣担心孙阳的擅自追捕暴露了身份，导致这次的行动失败。两人追踪无果后因为陆欣见不惯孙阳浪荡公子哥大手大脚浪费不欢而散，回了专案组向韩萍汇报情况，得知很可能就是因为孙阳追捕苍狼而扰乱了韩东和上家的接头。被林旭东一路监视的韩东回家后立马与苍狼邮件联系，被告知确保安全后再送货，却并未发现自己已被国安厅盯上。高捷回了材料所碰见了赵科长，见赵科长一副逼问的样子以为自己偷资料的事情被发现了。
韩东下班后步行到商业街，林旭东和孙阳也从不同的方位跟着韩东，但孙阳为了抓捕小偷暴露身份，为了将计就计孙阳只得放弃跟踪，上了警车离开。在酒吧天台看着这一切的韩东接到高捷的电话，听高捷说自己被发现了，表情立马就凝重了。下班回家的韩萍被女儿婷婷扮乖的模样讨好，刚刚答应婷婷可以养几天宠物就因为孙阳跟踪韩东差点暴露回了专案组。众人担心韩东会因为高捷的怀疑而与上线断了联系，韩萍决定对韩东进行严密监控，一旦发现他有察觉立刻抓捕，不给他通知上线的机会。
韩萍回到家看到家里被哈奇士搅得一团乱，吓了一跳以为家里出事了，却在收拾的时候无意中看到楼下婷婷正在跟一个男孩告别。韩萍向婷婷打听男孩的情况后，反对婷婷与不良社会青年谈恋爱，却听到婷婷希望有人陪的心声，很难受。孙阳回家找道具化妆准备参加明天对苍狼的抓捕行动，孙敏因为周琦用孙阳未婚妻试探，抓住孙阳询问四海会所未婚妻的事情，反对孙阳找个特工老婆，却被孙阳叫板表示一定要找个特工老婆。孙阳贴了胡子化好妆却被孙敏一眼识破，孙敏随手送给孙阳一副眼镜，让孙阳戴上就不会被认出了，但却让孙阳想起这副眼镜和苍狼的很像，立马问清孙敏是在哪里买的。
孙阳气不过跑到万佳餐厅，却因为酒精过敏只能喝雪碧发泄，却在路边转悠消食的时候碰见了陆欣，告诉陆欣苍狼的变色镜是专柜限量版，在京海很少见，是一条可以找到苍狼的重要线索。周琦成功邀请老卢来四海会所按摩，获取了老卢不久要去北京出差的情报。送走老卢后周琦接到彼得森的电话，得知杰森已经拿到ZERO病毒将会送过来，周琦表示虽然韩东这条线断了，但她有了新目标。彼得森提醒周琦，苍狼已经暴露，让了周琦杀了他。杰森到了四海会馆见周琦，注意到她办公室的百合花，询问苍狼的地址无果后要了安装和监控ZERO病毒的电脑高手的地址就直接去了声波的电脑维修店。杰森将ZERO病毒的手表交给声波，让声波负责监控病毒在研究所数据库里的情况。
赋闲在家的孙阳被孙敏叫出来一起送舅舅曹一平一家去火车站，却在火车站看见一个很像苍狼的人，孙阳一路尾随苍狼进站，确认是苍狼后通知专案组，林旭东让韩萍告诉孙阳不要轻举妄动，但已经来不及了，林旭东火速赶往车站。苍狼上车前认出了跟踪他的孙阳，急速逃跑时，又碰上了迎面走来的林旭东。被两人追击的苍狼逃到车顶，苍狼试图绑架孙阳却反被孙阳制住，苍狼调下车厢逃跑，拦截了路人的摩托车疾驰而去。林旭东与孙阳拦下一辆汽车追赶苍狼，眼看即将堵住苍狼的去路，苍狼驱车坠下悬崖。
韩萍和陆欣立即赶到了医院，在苍狼的手术室门口碰到了已经醒过来的林旭东和孙阳，陆欣赶过去问林旭东怎么了，林旭东只说被烟熏了下，陆欣还想问却被林旭东给打断了。林旭东向韩萍汇报了苍狼对家人安全的顾虑，韩萍为了让苍狼能配合开口提供有用的信息，同意了林旭东提议让苍狼假死的建议。看着已经脱离生命危险的苍狼，韩萍表示明天就会将苍狼转回京海，同时提醒林旭东要回医院检查。
林旭东看着自己得过的荣誉和与韩萍、陆欣的合影，回想起医生说他头部的旧伤，因为这次撞击形成一个更大的血块，但开刀的成功率却不到五成。林旭东终于做出了决定，即使死，他也要死在战场，不能把重担扔给韩萍和陆欣。苍狼清醒过来后，韩萍用苍狼维护家人安全的弱点成功攻破苍狼，得知苍狼的上线就是周琦这条重要线索。专案组根据苍狼的招供重点分析周琦，韩萍担心孙阳已经暴露国安厅的身份，孙阳却说周琦曾用未婚妻的事情试探过孙敏，但被孙敏机敏躲过，他的身份未曾泄漏。
楼上的财务部结账孙阳在韩萍的指挥下顺利进入顶楼周琦的办公室，将U盘插入周琦电脑自动安装，查看周琦近期浏览过的文档，发现舅舅曹一平的名字竟然在客人名单中。听闻周琦马上回来的孙阳拔下安装好的U盘，正打算出门逃走，却听到在楼道里搜寻财务部的园丁的脚步声，两人在周琦办公室的门口对阵，谁都不动。陆欣急中生智，半路拦住周琦将她引到咖啡厅，假装吃醋威胁，成功拖住周琦。门口的园丁被出纳叫走，孙阳才得以脱身。园丁离开四海会所前抬头看了眼周琦的办公室，忽然警觉了林旭东对他的注视，上车迅速离去。
林旭东在车内教孙阳侦察经验的时候，接到声波的精确地址，与孙阳一起立即展开抓捕行动。打完游戏的声波听到警报声，收拾东西准备逃跑，开锁进入声波公寓的孙阳和林旭东发现声波从天台沿着消防栓在往下滑，立即赶了过去，林旭东在抓捕中因为病情发作失手让声波逃跑了，自己也差点摔下天台，韩萍在声波家搜查时注意到电脑维修的工具，若有所思。声波逃走后，立刻联系周琦，周琦让声波想办法继续监控ZERO，处理完电脑维修店不要再露面，但周琦的心中也隐隐不安。
陶克在网吧找到了ZERO病毒，告诉小龙病毒好像是小龙的U盘带来的，把病毒拷回家认真研究。婷婷在学校接到她爸罗恺的电话，两人约好一起回韩萍家做饭。罗恺到家是看见婷婷的样子很吃惊，没想到韩萍能允许婷婷染发还养狗，婷婷就抓住机会在他爸面前吐槽韩萍古板。韩萍回家没想到前夫在自己家，顺便蹭了一顿罗恺做的饭，饭桌上被父女两埋汰自己不会做饭，生气又温馨。材料研究所发现报废的材料里少了一个U盘，要求小龙找回原U盘，并且彻查一年的报废清单。
韩萍接到林旭东的消息，安排孙阳前去支援。声波发现了吴枫的跟踪，弃车逃到了商场。林旭东赶到商场与吴枫分头行动发现了声波，随着孙阳的加入将声波逼到了停车场。在追捕过程中，林旭东因为病情发作没能逃过声波越野车的撞击，抓捕声波时又挨了一拳，虽然一手死死抓住了声波，却倒在地上流着血昏迷不醒。孙阳看见林旭东倒地昏迷气不过揍了声波一拳，被及时赶到的吴枫制止了。林旭东被送去医院时已经失去意识，孙阳想起医生说的情况很不乐观，做好心理准备，整个人瘫坐在手术室的门口。林旭东颅内出血，当医生宣布抢救无效时，陆欣承受不住逃跑了，孙阳寻找无果，只能折回。
婷婷担心是她妈针对陶克，但仍旧带走陶克，问清了带有ZERO病毒的U盘来自于材料研究所，可惜的是U盘已经被要回去了。小龙将U盘还回了研究所，但还是被要求写检讨讲清事情经过记录在案。研究所将小龙的问题汇报给韩萍，加上孙阳和吴枫带回来的信息，韩萍理清了ZERO病毒应该就在数据库里，是通过小龙带出来的U盘才会在陶克的网吧曝光。陆欣坐在和林旭东常来的茶餐厅，回想着两人的相识，两人的点点滴滴。孙阳无奈去了与林旭东相识的击剑馆，让教练收好林旭东的重剑，以后他过来了就用。
材料研究所的钉子已经彻底清查，ZERO病毒也已经被彻底清除。但专案组也付出了惨重的代价，林旭东的死让组员和韩萍放不下，陆欣情绪低落，收拾与林旭东相关的东西看到自己与林旭东的合影，跑去了天台。吴枫看着合影，想起当初因为自己执意破解电脑密码，林旭东为救自己才会因为炸弹头部受伤，面色复杂。吴枫去安慰陆欣，希望她能撑下去。吴枫告诉陆欣林旭东迟迟没有给陆欣答复，是因为林旭东看见韩萍婚姻破裂，担心会对陆欣不公平，同时也很自责林旭东因为自己受伤。韩萍看见意志消沉的陆欣，用自己的经历劝慰陆欣，希望陆欣走出失去爱人的伤痛，重拾对于工作的热情和执着。
周琦在韩萍的审讯中得知苍狼没死，明白自己没有顽抗的余地很快就招供了，韩萍提议周琦考虑做国安厅的卧底，戴罪立功。韩萍走出审讯室发现婷婷的爸爸罗恺打了很多个电话给她，韩萍为了案件没有回复，又进了审讯室。周琦没有答应韩萍的提议，想要讨价还价却被韩萍点明周琦的罪责，给了周琦时间考虑清楚。韩萍打通罗恺的电话，被罗恺质问婷婷离家出走的原因，韩萍告诉了罗恺婷婷和她争吵的事情，猜测婷婷应该在陶克家。吴枫报出了陶克工作的地方，并告诉韩萍周琦答应和专案组合作了。
罗恺从网吧一路跟着婷婷和陶克去快餐店点餐，点餐的时候打量着陶克，发觉陶克虽不修边幅但很有礼貌。杰森没有替周琦瞒住私自转钱的事情，彼得森知道后怀疑周琦被国安厅策反了，决定对周琦做一个试探。彼得森让周琦回总部一趟，参与华光行动来试探周琦，周琦表面答应了，立即联系陆欣，告诉她自己暴露了的事实。面对彼得森的试探，韩萍考虑再三，让周琦告诉彼得森自己被国安厅监控了，无法回总部，让杰森过来帮助她逃跑，韩萍把难题又扔给了彼得森。周琦知道自己现在的处境，自己是两边斗争的棋子，她不想平白牺牲。
韩萍赶到码头后立即联系边防不能让周琦逃进公海，却被码头管理员告知今晚有台风。孙阳对周琦紧追不舍，弃船跳上周琦的游轮，却因为周琦的游轮触礁爆炸，两人一起下落不明。搜集无果，陆欣十分自责，韩萍听着吴枫的汇报，知道今天帮助周琦逃跑的人是一个劲敌。彼得森这边也无法联系上周琦，却听闻四海的户头有三百万美金划走了，彼得森怀疑周琦逃走了，让杰森展开了追查。专案组已经与孙阳失联超过48小时，大家虽然担心，但仍调动力量搜寻，并没有放弃希望。
