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1938年6月，武汉会战爆发，抗战局势危急。军统特工谢庚杨自作主张，将长期秘密关押的中共特工孟庆凡“盗出”监狱并射杀江边，抛尸江中，顺水飘到日军阵地。孟庆凡身上携带着一份谢庚杨伪造的假情报，使日本人...
1938年6月，武汉会战爆发。军统武汉站，特工谢庚杨和李正宣商量利用孟庆凡执行拯救武汉的 “谎言计划”。中共特工孟庆凡被打晕，又被注射了一种药剂。暗夜的江边一声枪响，孟庆凡落入水中，后落入日本人的手中。而谢庚杨决定向站长王昌平摊牌，让军统继续这个计划。
孟庆凡身上携带的苏联情报成为焦点，佐藤决定拼全力证实这份情报的真假。为了证实孟庆凡的身份，佐藤决定利用抓捕的军统特工冰山。佐藤要求冰山发报和她的组织联系，冰山借机告诉组织她已经暴露，冰山牺牲在佐藤的枪下。谢庚杨和李正宣在王昌平迟迟不同意接管“谎言计划”之时，依然联手私下里推进着计划。
孟庆凡逃走了，谢庚杨开始秘密挑选谎言小组的人选。佐藤到武汉，派人盯上了孟庆凡照片上的女人马小茴。马小茴毫无戒备地跟伪装成武汉日报社记者的日本间谍铃木交谈，就在她要说出令铃木感兴趣的话题时，李正宣闯进咖啡厅，化解了这场危机。在周家的船上，被救起的孟庆凡托从前线逃走的士兵送一封信到八路军办事处。
彭静雯在船上遇到受伤的孟庆凡。谎言小组找马小茴谈话，让她假扮孟庆凡的妻子，骗过到武汉调查孟庆凡的日本间谍。佐藤得到消息，开始决定从马小茴入手，调查 “谎言计划”。铃木继续想办法接近马小茴，谢庚杨和李正宣秘密跟踪马小茴，她能否完成任务，此时谁心里也没底儿。
孟庆凡出现在陈司令办公室，国共合作执行 “谎言计划”的意愿正式达成。佐藤手里一直拿着一把从孟庆凡身上找到的钥匙，他不知道这是什么地方，但他知道，总归会打开一扇门。孟庆凡发现铃木出现了。
孟庆凡在谢庚杨的暗中相助下，带着佐藤回到他并不熟悉的孟家。马小茴在李正宣假扮车夫的带领下回到新家，面对孟庆凡这个假丈夫迅速进入了状态。为了孟庆凡的安全，谢庚杨组织人袭击了孟家，彭静雯救走孟庆凡。佐藤把孟庆凡和马小茴带到新的地方住下，可他却和日军安排在武汉的间谍九菊一直无法联络上。
谢庚杨依然没有孟庆凡的消息。佐藤单独和马小茴谈话，问她关于孟庆凡的各种情况，马小茴被激怒了，和佐藤争吵起来。在茶馆，佐藤见到了彭静雯，不知情的彭静雯说出了佐藤不知道却倍感兴趣的内情。孟庆凡和马小茴被锁在房间，出不去门。
谢庚杨和李正宣根据佐藤的行踪，判断孟庆凡可能被关押的地点。铃木收到情报，告诉佐藤可以去找八面鼓。谢庚杨也收到这份情报，开始查第二监狱典狱长八面鼓的资料。八面鼓所到之处，都有监视他的人，他只能放弃和佐藤见面，改另外的方式把资料交给佐藤。
面对不断出现的意外情况，孟庆凡冷静应对。马小茴在他的帮助下，也面对着重重危机。彭静雯通过冯二见到了八面鼓，希望借他之力帮助孟庆凡。孟庆凡着手准备送一份情报出去，马小茴配合他终于把藏着情报的烟头送至谢庚杨的手里。孟庆凡的替身、中共特工白一峰再一次被送回监狱，随时准备接受佐藤的调查。
谢庚杨去见八面鼓，用自己的手段要挟住了他。同一天佐藤也去见了八面鼓，已被要挟的八面鼓告诉佐藤，孟庆凡正在第二监狱912房间关着。在八面鼓的安排下，佐藤进了监狱去见 “孟庆凡”，他用极刑对付白一峰，白一峰牺牲了。彭静雯从报纸上看到了 “孟庆凡”的讣告，谢庚杨向彭静雯解释了一切。
白一峰的牺牲让所有 “谎言计划”的参与者都更加清楚地知道，“谎言计划”必须成功，抗战必须成功。佐藤打算杀了孟庆凡和马小茴，谢庚杨开始计划营救孟庆凡和马小茴。佐藤开始了重新调查 “谎言计划”的行动，这让孟庆凡和马小茴躲过了一场生死劫。为了计划的顺利进行，谢庚杨再一次找到彭静雯，希望她配合行动。
在谢庚杨的设计之下，彭静雯找到佐藤藏孟庆凡之地，将消息传递给了孟庆凡。佐藤派人跟随孟庆凡听到了苏联大使的讲话声音和内容，松本意外发现苏联大使的讲话竟然是录音，孟庆凡决定除掉松本。就在松本马上见到佐藤的瞬间，孟庆凡向松本开枪。
松本还活着，军统决定策反他。佐藤拿到了松本的假情报，他再次陷入 “谎言计划”之中。谢庚杨带着大家制造了一个松本叛变的现场，佐藤带着孟庆凡进了谢庚杨设计的松本房间，发现了发报机、情报等东西。此时，黄主任安排的朝鲜人准时出现，就在他推门进来时，佐藤手下用手枪顶上朝鲜人的头。
朝鲜人牺牲了，用生命完成了 “谎言计划”关键的一步。九菊此时传来新情报，松本还活着。九菊终于和铃木接头，告诉铃木通知佐藤准备好去第三医院见松本。佐藤收到九菊传递的情报，决定当晚行动拿到松本活着的证据。当晚要动手的还有谢庚杨，他决定除掉松本，以确保 “谎言计划”的成功。
在日本方面的压力下，陈司令同意以一换十交换战俘，这让谢庚杨非常气愤。谢庚杨来为要交换的战俘检查身体，借此和杨谷昌暗中联系。马小茴和铃木接触，彼此都想套出对方更多的情报。交换现场，枪响了，松本终于没能活着离开，10名国民党军人只剩下杨谷昌。谢庚杨将现场制造成日本人反水的假象。
马小茴的父亲来到八路军办事处看女儿，而马小茴和日本人说的却是父母双亡。马父决定用自己在武汉的关系找到女儿，这件事又成了谢庚杨要面对的一个麻烦。这件事迅速传到佐藤那里，他立即安排手下去找马父，手下的人找到了马父并把他带走。谢庚杨去找彭静雯，彭静雯再一次帮他和孟庆凡联系，传递了情报。
佐藤开始审问马父，马父想起黄主任说过自己的女儿正在执行一项特殊的任务，他改口说自己没有女儿，来武汉不过就是来谈一笔生意。孟庆凡提醒马小茴，佐藤有可能会把她父亲带到他们面前。佐藤真的把马父带到了马小茴面前，孟庆凡不断安慰和调整着马小茴的情绪。
马父死在佐藤刀下，马小茴必须压抑着内心的痛苦。孟庆凡带着马小茴以绝食抗议佐藤的行为，佐藤和孟庆凡谈判，只要他们吃饭，什么条件都可以答应。孟庆凡用一条张鼓峰的情报换佐藤放了马小茴，马小茴得以离开。马小茴见到了黄主任和谢庚杨，汇报了里面的情况，并说孟庆凡想利用苏联人留西耶夫继续骗佐藤上当。
铃木再一次和九菊接头，九菊将一份情报传递给佐藤。留西耶夫的夫人被日本人劫持，黄主任将此消息告诉谢庚杨。孟庆凡决定说服佐藤去上海，和留西耶夫当面对质事情的真伪。留西耶夫的家人将被送到上海，谢庚杨决定劫车。
谢庚杨劫下车上的留西耶夫妻子，发现是一位舞女假扮的。留西耶夫用摩斯码告知孟庆凡，他并没有叛变。而佐藤告诉留西耶夫，谢庚杨等人要杀他灭口。武汉撤退在继续，杨谷昌的军队损失惨重。
