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该剧讲述了二十世纪三十年代初，上海中共地下党组织遭到严重破坏，革命事业陷入一片白色恐怖之中，地下党员马天目在党小组的领导下与各方势力展开较量、并成功获取秘密档案《忏悔录》的故事。
二十世纪三十年代初期，因叛徒出卖，我上海党组织被严重破坏，多位革命同志惨遭逮捕和杀害。资深国民党元老、现为我党秘密党员潘明月同志和保管的大量机要文件，也不幸暴露，成为敌人的重点目标......上海市警察局侦缉处处长唐贤平幼年丧父，多亏了潘明月和警察局副局长余独醒的抚养，才得以长大成人。唐贤平接到抓捕共党潘明月的任务，非常愤怒和震惊，主动请缨前去抓捕。陪唐贤平一起来到潘宅执行抓捕任务的还有他的助手上海市警察局侦缉处副处长赵天良，以及法租界巡捕房政治处处长陈亨礼，申请抓捕潘明月——华界警察局在法租界抓捕嫌必须有法租界巡捕房的人在场。
陈烈前往古玩店与邱掌柜接头，他拿出在潘明月家带出来的箱子，声称里面是潘老为党组织筹措的经费，两人为潘老的牺牲而惋惜。陈烈担心自己保护的“零号文件”有暴露的危险，希望立刻当面请示上级吴崇信，但邱掌柜说老吴出去了，陈烈无奈只好离开。马天目在古董店门口与陈烈擦肩而过，马天目进入古董店发现老吴不在，他将刚刚得知的情报告诉邱掌柜，邱掌柜说老吴出去了，等他回来会转告他，马天目说出自己的担心，他害怕唐贤平说的“大鱼”就是刚好不在古玩店的老吴，邱掌柜听完也担心考虑起来。
马天目入狱后很快凭借老吴给的接头暗号找到了陈烈，并用暗语知道了“零号文件”现在藏在沪江公寓。巡捕房本来就知道比埃尔杀人骗保的事，以前睁一眼闭一眼，这次发现和比埃尔有关，立刻来了精神，火速查办。比埃尔无奈之下，只能向督察长范义亭服软，两人达成交易：比埃尔无偿交出鸦片给范义亭，范义亭不再调查杀人骗保案。但比埃尔却提出一个条件，为了永绝后患，必须把知道杀人骗保内情的马天目置于死地。
陈亨礼再次提审马天目，他拿着罗水根的证词逼马天目就范，并且假惺惺要帮马天目，让他写一份供词承认是杀人凶手，不过要反诬罗水根是主犯，自己是从犯。马天目看穿了陈亨礼的诡计，坚持自己无罪，并希望唐贤平在外面可以带来转机。江韵清跟随唐贤平来到巡捕房，当面向陈亨礼表明自己就是比埃尔的秘书，并证明马天目的保险合同是在昨天才办理的，但签订日期却被伪造成半年前，这是因为合同生效半年以上才能激活赔付条款，也就是说，伪造日期的目的就是要马天目立刻死亡，也能拿到高额保金。范雅萝回到家，在范义亭面前夸奖陈亨礼秉公执法，断案如神，抓住比埃尔，还马天目清白。天真的范雅萝根本没看懂陈亨礼暗中使坏，她每一句表扬都让范义亭十分刺耳，也让一同前来的陈亨礼芒刺在背。吴崇信得知唐贤平是马天目的早年的同学，便分析把他争取过来的可能性。但是马天目告诉吴崇信，唐贤平是蒋介石的铁杆信徒，十分顽固。吴崇信便叮嘱马天目一定要注意和唐贤平的关系，务必小心谨慎，因为唐贤平一旦知道马天目的共产党身份一定不会手下留情，这是你死我活的斗争。
陈亨礼把比埃尔被击毙、马天目出狱的经过向范义亭做了详细汇报。范义亭表示那批鸦片十分重要，所以现在虽然杀人骗保案已经掩盖不住，比埃尔也已经死了，但鸦片生意还需要找个人替比埃尔接着做，这个人就是比埃尔的中国妻子陆怡。马天目回到洋行，劝解陆怡并表示会继续为洋行服务，陆怡不由得感激不已。马天目乘机以洋行找仓库为名，到沪江公寓找寻“零号文件”。与此同时，唐贤平找到陈烈的一个破绽，再次怀疑其身份，要求巡捕房不要释放他。
马天目到洋行上班，老板娘陆怡此时对他十分信任，把鸦片的秘密和盘托出：范义亭对自己的照顾是有代价的，一定和比埃尔放在船上的那批鸦片有关。陆怡委托马天目代表自己去见范义亭，探探虚实。马天目满口答应，这正是他打入法租界上层、接触名流的好机会。马天目来见范义亭，范义亭对他颇为冷淡，因为这个人导致了比埃尔自杀、影响了鸦片生意。范义亭心里还有一番介意，那就是自己的苦心计划被马天目破坏，从来算无遗策呼风唤雨的自己竟然在这个小年轻身上吃瘪，在尊严上颇觉受损。马天目应对得体，一番恰到好处的解释和吹捧，化解了范义亭心中的藩篱，最后马天目还代表洋行送上了一瓶珍贵的法国名酒唐培里侬，最终赢得了范义亭的好感。
陈亨礼对马天目好感大增，而且又是顶头上司范义亭叮嘱，于是热情地带马天目走遍了巡捕房的所有牢房，去寻找他那位被误抓的朋友。马天目终于在牢房里再次见到了陈烈，但是却假装不认识他，转身离去。唐贤平和赵天良根据信件中的照片，已经认定陈烈是汪精卫同党，赵天良提醒唐贤平，现在蒋汪分裂，得罪那一边都不合适，聪明人应该给自己留条后路；更何况局长余独醒是汪精卫的学生，不看僧面看佛面，这个陈烈应该睁一眼闭一眼赶紧放了。唐贤平不同意赵天良的说法，两人意见不一，只能立刻去向余独醒汇报，请他定夺。
陈烈来到烟馆和吴崇信接头碰面，吴崇信向陈烈说了自己一系列营救他的计划。马天目也来到烟馆，三人终于聚首，吴崇信也终于向马天目说出“零号文件”其实就是一个烈士的遗孤和叛徒的身份，而马天目也推测叛徒裴如海也已经来到了上海。另一边，余独醒正在庆幸“零号文件”应该已经被烧毁，而裴如海却说出”零号文件”其实是个人的重大情报，余独醒等人再次面临压力，余独醒立刻布局命令在全城搜捕可疑小孩，唐贤平确对搜捕小孩兴趣不大，此时的他一心只想抓住陈烈。余独醒不满唐贤平的态度，宣布让赵天良暂时代任侦缉处处长一职，搜捕“零号文件”，而唐贤平则被安排给裴如海整理文档。
赵天良将办公室内的唐贤平唤醒，劝他不要和局长当众争吵。唐贤平心事重重，他不但在惦记陈烈和“零号文件”，还在惦记着马天目。虽然马天目在保释陈烈的事情上滴水不漏没有破绽，但唐贤平就是念念不忘，没有破绽反而就是最大的疑点，他有一种强烈的预感：马天目身上一定有秘密，他有可能是一个心机极深的共产党。他吩咐赵天良在查找孩子和陈烈的同时也要对马天目进行调查。 马天目在码头指挥卸货，把洋行货船上的鸦片暂时存在码头的仁义仓之中，一个隐秘的计划正在悄悄展开…… 江韵清回到公寓，把去烟馆示威的事情告诉姐姐，并偶遇了从码头回来的马天目。江韵清怒斥马天目是个恩将仇报、吸毒堕落的人渣，江汰清和史大川这才知道原来当初江韵清作证救的就是这位马天目马经理，马天目告诫江韵清凡事必须有证据，不得污蔑他人名誉。江韵清欲再出言顶撞，被江汰清阻拦从中调和。原来马天目一直和吴忠信单线联系，所以他和江汰清史大川互相都不知道底细，只有吴忠信明白全部内情。众人离去后吴忠信带着马天目来到库房，马天目向吴忠信汇报。
罗水根开车带货过海关，被要求查货，在开箱时被伪装成警员的陈烈击昏...... 马天目在威逼下打开了箱子里的夹层，但里面也没有共产党，而是暗藏了一件青铜器——这是比埃尔洋行在中国黑市购买的文物，准备偷运到海外。马天目对唐贤平表示不满，两人在码头起了争执，马天目被缉拿回警察局。陈烈等人顶替罗水根化妆洋行人员运送货物过海关，由吴忠信将昏倒的罗水根安置在街角。码头内陈烈将春妹抱出，准备赶往接应船只，却被赶来的裴如海阻拦。双方发生激战，陈烈命令负责“零号文件”的同志带春妹离开，并告知了他接应船只的暗号。裴如海不断策反陈烈，见春妹离去，陈烈开始猛烈向裴如海发起反击，但终究寡不敌众，被敌人从后方包抄击中。临死前陈烈看着裴如海依旧义正言辞，表达了自己对党的信心，并当面戳穿了裴如海狡猾的面孔，最终英勇就义。与此同时春妹平安离开了上海。马天目来到唐贤平办公室，唐贤平质问马天目为何贩卖国宝，马天目将比埃尔如何购买的国宝，而后帮陆怡贩卖的全部经过告诉唐贤平。唐贤平告诉马天目有人知道他的行踪，并举报他是共产党。
马天目和唐贤平在黄埔军校的老师侯子川来到上海，担任复兴社上海站站长。侯子川特地招募旧部唐贤平，唐贤平慨然加入，并告知老师马天目已经回国。次日唐贤平约见马天目，拉拢他重返国民党，伺机讯问对“法西斯化”的看法。马天目对其宗旨侃侃而谈，侯子川现身表示赏识马天目，邀请他加入复兴社。但马天目又表示自己一心经商、无心政治，要回去考虑考虑。他这是以退为进，更重要的是加入复兴社如此重大的决定，他也不能擅自做主，必须先向吴崇信请示，得到上级组织的许可。
经组织批准，马天目加入了复兴社。而复兴社上海站成立之初，就聘请了裴如海来给社员们上课，教授特务各项技能。范义亭在公董局的授意下，依据法租界历年档案，编写了一份记录各国各组织的特工档案，并命名为《忏悔录》。在特工课上，裴如海给马天目催眠，然后进行提问，马天目假装被催眠，对裴如海言听计从，并编造了一段早已准备好的故事，完美地通过了这次试探。不料裴如海最后突然给了马天目一个新的指示，让他从三层楼上跳下去，马天目为了把被催眠的假象表演到底，毫不犹豫地从三层楼上一跃而下，摔在楼下的帐篷上，受了轻伤。
唐贤平质问侯子川是否是在测试马天目，侯子川对马天目在法国的那段经历一无所知，现在对他再无疑虑。裴如海私下拆穿马天目假装被催眠，并质问他的意图，马天目巧答赢得裴如海的欣赏。随后的课程中裴如海向复兴社众人讲解易容术、逃生等特工技。复兴社接到消息，汪精卫委派特使鹿友祥从香港秘密前来上海，接收政治献金。复兴社将鹿友祥返沪消息发布在报纸上。鹿友祥此时已经潜返上海，在他的秘密住处，联系自己的机要联络人——余独醒。复兴社内马天目和唐贤平请命刺杀鹿友祥，一方面是绝不能让他作为汪精卫特使拿到这笔巨款，另一方面他当年曾任淞沪护军使，拥兵割据，对抗北伐军，马天目的手就是在那场战役里受了伤，他和唐贤平的众多战友同袍更是不幸牺牲。于公于私，复兴社都要把鹿友祥置于死地。这是复兴社上海站的第一次任务，侯子川高度重视，安排裴如海领衔，率领马天目和唐贤平等人完成刺杀鹿友祥的任务。
范雅萝偷听到父亲的谈话，得知鹿友祥要参加布拉蒂尼的生日宴会，赶紧告诉江韵清，两人计划如何混进去，眼前就有一个好机会——生日宴会上有文艺演出，其中一项就是法租界贞德女中的女生合唱，而这就是个机会。马天目获悉了宴会活动的种种流程，他回到复兴社，把情况详细汇报。裴如海根据马天目提供的情报，精心策划了刺杀方案。文艺演出的最后一项是放映电影，裴如海计划趁着暗场的时候，接近鹿友祥，用毒针将其刺杀，并争取得到他身上的政治献金。裴如海要易容进入会场，马天目受命收集参加宴会的宾客名单和巡捕房派出所有警务人员。
布拉蒂尼生日宴上，江韵清假扮侍者刺杀鹿友祥。而复兴社准备好的刺杀方案就此泡汤。裴如海却招致别人刺杀。教堂内布拉蒂尼下令限范义亭三日内查出凶手，鹿友祥走进教堂，从衣服下内掏出中弹的铁板，大声斥责巡捕房的失职。范义亭认为是鹿友祥引祸上身，两人在教堂内争执不下。教堂外马天目赶来，陈亨礼热情把他迎了进去。没想到马天目进了教堂，一见到鹿友祥，立刻就掏枪向他射击，教堂里又是一片大乱。鹿友祥慌忙逃窜，马天目紧追不舍，教堂里没有其他掩体，鹿友祥慌乱之中只能逃进祈祷室，马天目也跟着追了进去。陈亨礼听到枪声，率领巡捕冲进教堂，范义亭指挥他们来到祈祷室门口，没想到马天目已经从里面反锁了房门。
范雅萝为马天目求情，但范义亭却无能为力，因为马天目在生日宴会上公开杀人，影响太大，而且他自己坦然认罪，慷慨求死，所以罪无可赦。江韵清岔开话题，转而谈起陆怡的伤势，陆义亭当即决定去医院看望，并感谢她为救女儿而受伤，陆怡也当面为马天目求情。唐贤平根据马天目的授意，让侯子川修改给南京总部的电报，汇报刺杀鹿友祥的经过。但电文中却只字不提马天目，只说侯子川领导有方，众社员英勇决绝，最后裴如海用毒针杀死了鹿友祥。在唐贤平的执意恳求下，侯子川答应更改电报内容。
马天目无罪释放，陈亨礼向他解释了巡捕房所查到的线索和对他的判决。在巡捕房的办公室，范义亭给马天目颁发了骑士勋章。范义亭对马天目的热血和正义表述欣赏，招募他当了巡捕房的特别情报员，为自己刺探情报，他在巡捕房的级别仅次于陈亨礼。马天目十分感激，当场同意，就此打入了巡捕房的高层。
裴如海十分阴狠，让马天目去抓余独醒的情人和私生子，逼余独醒就范。马天目带余独醒去他情人住处，余独醒到了门口已经腿软求饶，没想到开门进去却空无一人。原来马天目已经提前把余独醒情人和私生子转移，并出钱在浦东安排住处，让余独醒逃过一劫。马天目告诉余独醒，罪不及家人，做人应该坦坦荡荡，不能干这样下三滥的龌龊勾当。余独醒听了非常感动。马天目还暗示这个馊主意是裴如海出的，余独醒自然相信，铭记在心。
余独醒和赵天良却没想让裴如海活着到达南京，汪精卫方面要给鹿友祥报仇，也就是说裴如海作为凶手，要以命抵命。但两人都知道一旦裴如海到了南京，走公开程序很难判他死刑，所以最好的结果就是在路上出现意外——余独醒已经安排人手，在半路上假扮共产党锄奸，刺杀裴如海，这样不但处理了裴如海，余独醒这边也可以推得一干二净。同时，侯子川担心裴如海会在半路上发生意外。唐贤平听从侯子川的建议，决定加大人员进行保护。马天目连夜密会吴崇信，把最新情况向他进行汇报。吴崇信认为这次南京之行是除掉裴如海的最后机会了，他希望马天目把握机会，但前提是要保证自己的安全，不要盲目冒险。
复兴社得到了命令，要对爱国会的活动进行阻挠和打压，并对接洽人共产党员晨光进行捉捕。同时唐贤平交给马天目一个任务，在巡捕房寻找“忏悔录”的线索并汇报给他。侯子川原以为唐贤平已经不再怀疑马天目，却不知道他始终对马天目存有疑虑。马天目向吴崇信汇报告知复兴社对“忏悔录”的行动，吴崇信向马天目解释“忏悔录”最大的意义在于里面的照片，被存档人无论如何乔装最终都会被识别。曾经有包括他在内的十六位同志被法租界照片存档，现在其中的五位同事已经被逮捕牺牲。现在复兴社既然想要得到“忏悔录”，他指示马天目借机拿到“忏悔录”交于党组织。同时他还告诉马天目昔日他在码头营救的党员晨光同志将和爱国会接洽，计划已经被复兴社有所察觉，需要马天目打探清楚复兴社的计划。
