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决胜
1942年，正在抗日战争焦灼之时，日军突袭新四军在北方地区的一处兵工厂，保卫兵工厂的独立团特务连浴血奋战，终因寡不敌众，阵地失守，连长孔圆被俘。孔圆的哥哥孔方是一名大学数学教授，精通数学逻辑分析，曾留学日本，对日军的情况有所了解。在新四军帮助下，孔方和未婚妻——心理学教授向海音混进日军占领区，里应外合，发动反攻，成功救出了弟弟和兵工厂人员并夺回了阵地。本剧取材于黄崖洞兵工厂保卫战以及众多兵工厂事迹，用普通人的事迹展现出一幅各阶层人民联合抗战的生动历史画卷。
1942年夏秋之交，抗日战争正是焦灼之时，离慈水县城不远的郊外，一队日本人假扮八路军在街上胡作非为。这一事件引起了慈水县八路军独立团团长杨全儒和蔡政委的重视，通过情报得知是日本人所为，由此团长下令全军战备阻击日军，并擅自决定将慈水县秘密兵工厂新造出的一批来不及运出的武器，全部用于本部队战斗。重庆中央大学，古怪的心理学女教师向海音连日来陷入昏迷式的沉睡状态，这引起了同事王老师的担忧，向海音的未婚夫——数学系教授孔方，是数学逻辑学的天才。广播里传来孔方的家乡——慈水县的讯息，八路军利用新研制武器对抗日军136旅团的战报，孔方对这则新闻表示不满，他认为通过这则新闻可以确定兵工厂位置。而真正令孔方忧虑的是日军136旅团的少将横尾阔，他知道此人熟读《孙子兵法》，是个中国通，孔方相信横尾阔能推断出兵工厂位置。
孔方给学生们上数学课，但大家却无心向学，纷纷表示要用自己的方式投身抗战，孔方告诉大家数学和逻辑更能帮助他们实现抱负，并用几次推理让学生们心服口服。向海音来到医院求医生再给她多开一些药，遭到医生拒绝。
慈水县，横尾阔被孔记粮行门匾上的几个大字吸引，想认识店老板，店老板正是孔方的父亲孔良丰。而此时孔良丰正和巡街的日本兵周旋，处境十分危险，横尾阔的到来化解了一场危机。正如孔方所料，横尾阔在搜集太行地区地图，组织测绘小组介入，目标直指虎头山兵工厂。虎头山兵工厂内，特务连连长孔圆正带着弟兄们喝酒吃鱼，由于长期呆在虎头山，兄弟们戒备涣散，指导员罗有仁批评了孔圆，孔圆不以为意。
傍晚，罗有仁林间巡逻，遇到两位可疑老乡，向孔圆报告，暗中跟踪两人后得知他们是横尾阔派来的测绘小组，一共四人。孔圆布置围捕任务，兵工厂厂长谭震唯恐鬼子已经发现工厂，提议将情况上报，但孔圆却坚持先伏击后再议。在伏击行动中，虽然最后全歼了鬼子，但特务连一位队员也因此牺牲。测绘小组未能按时归队，横尾阔更加肯定虎头山有诈，立刻调动侦察机前往。
日军侦察机如约而至，发现了兵工厂，开始疯狂扫射，特务连的队员以步枪击落敌机。谭震立刻把消息报告上级。得知飞机被八路军击落，横尾阔立即遣兵封锁八路军主力部队，提前启动强攻虎头山，并亲自坐镇指挥。千余鬼子围攻兵工厂，孔圆执行上级命令，保全兵工厂技师，并转移掩藏全部武器。在激烈的战争中，罗有仁和许多战友与敌人同归于尽，谭震也带领工人们完成了掩藏任务，而孔圆则被日军俘虏。
横尾阔召集全部兵工厂工人，以性命要挟工人们招出武器埋藏地点。特务连还有两名幸存的队友——陆达和闫学武。日军为了展示俘虏战果，强行拉孔圆拍照并登报昭告，孔方得知了弟弟被俘的消息，打算亲赴前线去查看情况，向海音也跟着去了。
在被俘期间受过孔圆之恩的日本人石田太郎，一直挂念不吃不喝、绝食明志的孔圆，寻找机会去看他。横尾阔的副官藤山想杀工人以震慑陆达，横尾阔并不赞同，他要留着这百余号性命，为日军的毒气实验准备大量活体标本。而专为这一计划请来的德国科学家瓦格纳提出需要一个精通中日德三国语言的美女翻译。
石田太郎逮到机会进到牢房，终于说动孔圆不再绝食。八路军独立团团部，团长杨全儒和蔡政委正为如何反攻虎头山营救工人而苦恼，孔方和向海音的到来令他们大开眼界，孔方不仅推论出团部的正确位置，还指出横尾阔占领虎头山的真正目的是为了建造自己的化学武器工厂。杨团长对孔方的能力很信服，最终决定积极配合孔方，两人准备冒充瓦格纳的翻译混进山里。孔方还在积极找寻他儿时的伙伴巩大河，巩大河水性极好，这会在行动中起到重要作用。
杨团长为孔方找来两名交通员孟大、孟二，二人伪装成脚夫赶驴车送其进城。孔方回家将孔圆未死，自己打算去营救的消息告诉父亲孔良丰。孔方在房中找到一对哨子，并将哨子中暗藏的行动口诀告诉向海音。孟大、孟二由于不谨慎暴露了身份，被伪军打死，也因此连累了孔方。伪军包围了孔家，要逮捕与八路军串通的孔方、向海音。孔方、向海音机智地化解了危机，伪军没办法，趁机敲诈孔良丰几袋米面了事。孔良丰借着送米一事，从军备处得到通行章，借机送孔方、向海音出城。
孔记粮行的马车接上巩大河，一行人顺利出城，并重新和独立团接头。杨团长已经打探到瓦格纳的情报：德国化学天才，随身跟随一名叫保罗的贴身保镖，梅机关为其物色了一名叫信芳的女翻译。杨团长决定由向海音顶替信芳。为了不惊动鬼子防线，交通员只能领巩大河一人进山。
闫学武和陆达在临近敌人“心脏”位置的一棵老槐树上隐蔽起来，伺机寻找狙击机会。横尾阔伪装成伙夫出门，闫学武和陆达果然中计，对近在咫尺的横尾阔浑然不觉，错失一次绝佳的狙击机会。孔方为了进山，决定把自己藏身箱中，由向海音作为随身行李带入山中。
孔方一行人带着孙国亮奔赴太行火车站执行擒拿信芳的任务。孔方、向海音成功避过火车站军警的注意，将信芳擒拿住。独立团团部中，信芳虽然佩服孔方的料事如神，但仍拒绝和孔方等人合作。孔圆借看守克扣自己饭食一事，要见横尾阔，想打探虚实，另一边兵工厂工人小张受不了被折磨，打算求见横尾阔交代武器埋藏地点。这一切都被隐蔽在树上的闫学武、陆达听到，闫学武要击毙叛徒，陆达却不忍心，眼睁睁看小张被鬼子带走，两人也因此掉下树来险些暴露。
就在小张要交待机密时，孔圆怒火攻心，勒住小张的脖子想制其于死地，最终不忍心松了手，这令小张羞愧难当，发誓死不松口。横尾阔到底是个中国通，只从小张未说完的半句话中便推测出武器埋藏的地点就近在咫尺，立刻大肆搜查，其实武器就埋藏在谭震等人所处的牢房内。因为信芳拒不合作，向海音只能向其施加催眠术，套出了她与瓦格纳接头的时间地点。鬼子开始搜查谭震等人的牢房，谭厂长急中生智，用计保住了武器不被发现。由于闫学武和陆达迟迟不落网，横尾阔向山外驻军调来一只军犬打算随瓦格纳一起送进山参与搜查。
孔方一行人连夜赶往虎头山。横尾阔为了找出武器下落，决定拿孔圆上演一出苦肉计。藤山召集工人们在洞口集合，鬼子用枪抵着孔圆的脑袋，威胁大家说出武器的下落，就在谭厂长要说出机密时，埋伏在暗处的陆达、闫学武一枪击毙挟持孔圆的小兵，藤山立刻收押众人，向横尾阔汇报。横尾阔不打算再暴露，他派藤山去接应瓦格纳。
向海音顺利与藤山和瓦格纳接头，藏在箱子中的孔方差点被发现。一行人来到日军驻地，瓦格纳极其难伺候，扬言横尾阔不现身就不进营，藤山没办法只能进去请示长官。横尾阔害怕被狙击手打死，付了双倍违约金请瓦格纳进来。闫学武、陆达注意到军犬的到来，他们隐身商议对策。孔方得知军犬的到来，觉得这是个必须面对的问题，他唯恐军犬在找到八路狙击手之前，先找到巩大河。
横尾阔设宴邀请瓦格纳，并要求其马上研制神经性毒气。黄参谋带巩大河进山，没想到被追击八路的鬼子盯上，黄参谋为了保护巩大河完成任务，独自引开鬼子跳崖而亡。酒过三巡，瓦格纳向横尾阔提议检查向海音的箱子，向海音只能请众人当面检验。此时孔方早已跑出箱子躲在床下，但这并没有打消瓦格纳的顾虑，横尾阔也因此训斥了藤山的粗心，他坚信信芳是间谍，只是暂以为她是梅机关的间谍而没有行动。
向海音被横尾阔请去喝咖啡，向海音机智地承认自己是梅机关的特务，横尾阔暂时相信了向海音的说辞，他把注意力重新放回寻找武器上面。谭厂长打算和鬼子同归于尽，向海音却跟随鬼子的战地摄影师来到牢房参观，向海音察觉到异样，不动声色地用上海话给工人们传递出营救的信息，谭厂长听到后半信半疑打算再观察一阵。向海音跟随摄影师终于来到孔圆的牢房，通过和摄影师的谈话，暗示孔圆，孔圆也觉察出这个女人的到来跟自己有关系。军犬追赶巩大河，闫学武循着狗叫声发现了巩大河，他利用陷阱杀了军犬，带着巩大河逃走，二人背着死狗躲在树上，险些被鬼子发现。
向海音成功偷来一套日军服，她将路线结构、孔圆和工人的关押位置都告诉孔方，孔方换好衣服，走出房间。此时正是犯人放风的时间，孔方、孔圆兄弟相见，两人都不动声色地错过，孔圆激动地掩饰住泪水。孔方顺利找到谭厂长，混进工人队伍，在大家的掩护下，准备商谈逃离方案。
孔方提出解救工人们的方法就是挖地道，他也知道关于八百壮士墓的传说，并且通过实地观察，推测出墓的大概位置就在牢房的密室内。他让谭厂长安排人手从埋藏武器的暗室开始挖，只要挖通暗室和墓穴，就能悄悄转移所有工人。横尾阔查看鬼子缴获的巩大河的工具包，因为一张防水的地图，于是加大了对太岁湖的防守。闫学武三人为了能和孔圆用哨声联络，决定逮一只鸟代替哨子，他们的行踪惊动了日军，所幸躲过了追查。横尾阔询问瓦格纳何时展开活体实验，瓦格纳却要求给他弄一张黄花梨椅子，否则不能进行活体实验。
孔家女儿孔融受不了汉奸的一再勒索，让青皮等人收拾了贵重行当，挟持了伪军头，出了城。浩浩荡荡一群人在青皮的带领下去投奔八路军团部。信芳借机逃跑，却被赶来的青皮等人看个正着。孔方再次见到孔圆，两人交换了情报，闫学武也在学鸟叫用暗号联络孔圆，孔方听到声响，暗示孔圆靠近老槐树，兄弟俩和地下的闫学武等人终于对上话。孔方计划先救孔圆，再想办法给巩大河弄一套工具。他要绑架瓦格纳，逼日军拿孔圆交换人质。
