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讲述了抗战时期，为了顾全民族抗战大局，我地下党不得不与国民党情报人员以夫妻名义错伏在上海租界，既斗智、斗勇，又团结、合作的故事，继《潜伏》将“办公室政治”引入谍战戏之后，《错伏》首次将夫妻、家庭关系引入谍战剧，毕竟成为又一话题之作，收视看好，由此，被誉为中国版“史密斯夫妇”。 黄浦江码头上的一场小小的意外，却让中共地下党员林楚峰与国民党军统高级特工云朵不得不以夫妻名义潜伏下来，与此同时，为了联合抗日的需要，原本要与林楚峰、云朵配合的地下党员冷梅与军统特工刘福林也只能将计就计，同样以夫妻的名义配合林楚峰、云朵的情报工作，阴差阳错却让这场“2.0版”的“潜伏”更加悬念迭起、扑朔迷离……
1938年上海林楚峰站在戈登路122号风华电唱机行门口，这是上海地下党设立在租界的秘密情报点，负责人顾一白是上海地下党的重要领导，也是林楚峰的上级，林楚峰看到顾一白给自己发出明天下午三点见面的信号。隔天下午三点林楚峰是到唱机行去见顾一白，此时的日本特务小野正准备抓捕顾一白。顾一白告诉林楚峰为了方便他的工作上级派了一位女同志以妻子的身份协助他的工作。顾一白和林楚峰在二楼谈话时，楼下已经出事了，日本特务已经出手。顾一白赶紧让林楚峰先离开自己掩护。林楚峰在街上亲眼看着顾一白牺牲在敌人的枪口下。林楚峰想着顾一白刚刚和他说的话，顾一白告诉林楚峰组织上决定唤醒他，主要任务就是获取德日的战略情报，第一个任务就是搞清楚武汉会战日军的战略态势。在香港中共地下党冷梅准备到上海和林楚峰假扮夫妻。国民党军统特工汪道龙因为个人恩怨要刺杀小野，这会破坏整个大局，卫先生派欧阳云朵阻止到上海阻止汪道龙的行动并告诉云朵有一个叫刘福林的在码头接她。
小野从车上只搜到西瓜，无奈只好放行，云朵在盘查时猜出电台放在油箱中，都是林楚峰改造的。云朵给上级发报和上级取得联系，上级同意她和林楚峰假扮夫妻。冷梅情急之下只能用最原始的方法和林楚峰取得联系，而杨涛熟悉我党联系方式，他一直盯着各个布告栏，杨涛发现那份启示后交给小野。林楚峰看到布告栏的告示后才知道冷梅是他的接头人，云朵认为冷梅的做法太过愚蠢。冷梅给领事馆打电话也是迫于无奈，李姐让她安心住下。林楚峰准备按信号约见冷梅，日军已在那里布置好埋伏圈，冷梅要将国民党叛徒钱俊杰到达天津前将情报送出去，林楚峰想尽快与组织取得联系，这是他唯一的机会，云朵想阻止林楚峰和冷梅的接头，那样也是救她自己。云朵给刘福林打电话用暗号接上头，刘福林按她所说派人去了天源茶社。冷梅先来到天源茶社，她刚一进门就被特务盯上，林楚峰没有直接进去，冷梅出门后走向他，云朵安排的人引爆炸药后两人分头离开。林楚峰回去后被云朵指责，他同时出现在码头和茶社前被小野怀疑。小野派人调查在纺纱厂工作过的所有人，李姐也被人跟踪。
林楚峰担忧生日到后会和云朵举行婚礼，磁石让他做好思想准备，林楚峰为了拖延结婚准备把云朵先支开一段时间，云朵听完他的话有些生气。克劳斯来到后见云朵和林楚峰在争吵，林楚峰解释的理由是云朵的母亲病危，克劳斯也劝云朵回家，云朵假装哭泣说她来上海前母亲已经过世，克劳斯要给她买票回去。云朵手上的东西让克劳斯认出和柏林菲舍尔家族有关系，克劳斯就是菲舍尔家族的成员，他从小就听父亲讲那些故事。林楚峰出没想到云朵会提出尽快完婚的想法，她还让林楚峰着众向她求婚，克劳斯代表家族让林楚峰必须那样做，林楚峰面对克劳斯的质问只好说出他爱云朵的话。林楚峰单膝跪地向云朵求婚，众人鼓掌。回去后林楚峰指责云朵的做法，她的家人多年前都死在日本人手上，云朵相信林楚峰都在她的掌握之中，林楚峰让她不要碰冷梅，云朵将假扮夫妻的协议拿给他看，林楚峰又补充几条，他以后要睡在客房。克劳斯劝林楚峰尽快和云朵结婚，他安排林楚峰为保安处东方科特勤人员，林楚峰也是保安处为数不多的华人，他将得到一笔活动经费。
小野在克劳斯施加压力下只好派人拆除对林楚峰和云朵的监听，等小野走后云朵向林楚峰问起婚礼时间，她想把仪式搞的隆重一些，花费均摊。磁石和冷梅接头后通知林楚峰在醉白池公园见面，云朵看到林楚峰后要求和他一同前往，他们在约定地点见到冷梅，冷梅将钱俊杰被捕的情况说明，云朵听完后马上和上级取得联系。令云朵震惊是冷梅的行为，她对策反林楚峰产生怀疑。刘福林用酒祭奠死去的兄弟，杨涛在路上见到云朵后想起那晚的黑衣人，云朵发现被跟踪后和别的女人换了衣服离开。云朵让刘福林想办法给杨涛制造一场意外死亡，杨涛果然中计而死，表面上看上去像是个意外，小野怀疑是个阴谋。云朵被卫先生问起策反林楚峰的情况，他只要结果，云朵还是女儿身，她保证完成任务。
云朵伪装吃醋找川岸哭诉，真实意图是抢接林楚峰打给川岸的电话。林楚峰在赴约前被领事馆叫走，冷梅为给他争取时间而主动撞上川岸的汽车。林楚峰成功赶赴约会并设法引开川岸，云朵趁机偷拍川岸手中日方御前会议的内容。小野派人刺杀汪道龙，此时云朵出嫁的马车经过，她亲眼目睹汪道龙被杀。林楚峰抢先拿走情报却在现场留下指纹，日方为了查出他的身份开始设法收集指纹。
日本人对指纹进行分析后确认就是林楚峰动过那块砖，小野派兵拦住他的车，林楚峰和云朵被抓走。冷梅在街上看到后告诉刘福林，她想让汉德去报警。云朵在审讯室假装不安，小野通过墙上的玻璃观察她，他派人先给她端去一杯茶，云朵知道审讯时的一切手段，她决定适当地表现出惊慌失措。冷梅放开汉德，汉德跑向克劳斯那里。云朵在审讯室里不断被盘问，她看到汪道龙的照片后表示见过。克劳斯看到汉德后知道林楚峰被小野抓走，他跟着汉德赶往日军那里。林楚峰被审讯，汇丰银行的账户是克劳斯给林楚峰设置的，主要用于搜集情报，林楚峰准备用这一点让日本人搬石头砸自己的脚。小野拿照片给林楚峰看，还说云朵已经全部交待，小野质问他的指纹为何会出现在那块砖上，林楚峰解释了王道龙向他借火之事，他面对讯问冷静地回答，克芝斯率人闯入小野那里，林楚峰和云朵被释放。
林楚峰和克劳斯要上飞机时得知加油机坏了，暂时加不上油，飞机起飞的时间要延误。林楚峰看到丁记者后上前询问，回到座位上后向克劳斯说起有人要刺杀佛德。丁记者从机场回来后被安排到南京。刘福林喝酒时被冷梅劝说，冷梅见到云朵后索要药物，她在接头时早到五分钟被去朵提醒要注意安全。冷梅将药带给刘福林，卫先生让云朵通知刘福林去香港，云朵按命令将消息传给冷梅。冷梅回去后发现云朵来过的痕迹，她相信香港之行肯定不简单。林楚峰相信小野时刻在盯着自己，他将电报发回，小野看到后不解其意。林楚峰故意念报纸给克劳斯，目的是让克劳斯相信德国特使有危险。刘福林告诉房东周太太说要和表妹一起去乡下办事。林楚峰给警察局打电话说兴隆客栈有暴力份子，警察赶快到后房间里的炸药没爆炸。林楚峰借上洗手间之机和冷梅见面，两人相拥而吻，冷梅将其中的怀疑告诉林楚峰，林楚峰清楚重要的是保证德国密使的安全，任务完成后要将刘福林之前将消息传出去。
小野认为云朵不是共产党，他让信子继续保持接触。林楚峰听云朵说起小野住在家隔壁，云朵准备去电信局将电报存根拿回，她要出门时遇上小野，小野谎称已经代收。冷梅想找云朵问清楚，刘福林拦住她，他保证那晚什么都没干。云朵让刘福林解释清楚，刘福林怀疑给电台打电话是林楚峰所为。刘福林劝冷梅不要生气，他打开房门时发现冷梅从窗户离开。冷梅在街上找到云朵后骂她无耻，林楚峰有些意外，信子的到来让冷梅调头走开。刘福林找到冷梅后提醒她注意保密条例，冷梅的做法有些冲动，刘福林想包揽责任。小野和信子来到林楚峰家里吃饭，小野向他们问起何时要小孩，云朵以战乱为由进行推托。冷梅在窗户外看到林楚峰和云朵在一起跳舞，刘福林见她跑开后跟随过去，冷梅误会了林楚峰，她不知道屋里还有小野也在跳舞。冷梅站在窗口心情难以平静，她脑海时一直出现林楚峰和云朵跳舞的场景，林楚峰的出现在楼下让冷梅心情突变，她理解了他的做法。
小野通过望远镜看到林楚峰的身影，林楚峰见到赵子豪后听说竹下高价租了摄像机，冷梅没找到第四个狙击点，她见到陈林峰后被安排跟踪任务。信子悄悄来到林楚峰家门口打探情况，云朵带着狙击步枪赶往狙击点，冷梅看到赵子豪将摄像机交给竹下。小野发现狙击手出现后命人马上行动，林楚峰突然出现杀掉使用摄像机人员，还处理了那些胶片，他提醒冷梅注意安全，冷梅没开枪就撤退。小野使用的另一摄像机只拍到一个女人的背影，他感觉像是云朵。郭木天有些惊恐，小野让他提供更多的情报，郭木天知道丁明德可能得卫先生有接触。丁明德被日军抓获，他交待的事情中让竹下感兴趣的是机场那次会话，丁明德怀疑林楚峰是军统潜伏人员。林楚峰见到云朵后知道丁明德还在上海，是刘福林看到，只是不知道丁明德的目的。云朵收到情报后知道丁明德根本没回南京，她为了林楚峰的安全想要杀人灭口，丁明德的出现严重威胁到她和林楚峰的安全，云朵必须确保自己的安全。
林楚峰告诉小野说鲍尔医生不给日本人做手术，因为日军进攻青岛时杀害了鲍尔的弟弟，他曾发誓不给日本人看病。小野没从国内找到手术专家，他来到医院时见云朵守在信子的病床前。林楚峰见到鲍尔医生，鲍尔医生愿意帮忙，林楚峰让他等手术时按自己的方法办。林楚峰回去后向小野汇报鲍尔的想法，小野担心那批药品落在共产党手上。小野对鲍尔的帮忙表示感谢，他让竹下通知林楚峰来办理药品手续，丁明德在半路的出现让林楚峰有些意外，丁明德向他说起郭木天叛变，小野和竹下在一旁偷听，林楚峰故意说给他们听，小野感觉有问题，他抄近路回办公室。林楚峰突然在路上说丁明德是国民党特务，日军将丁明德捆绑起来后带到小野办公室。丁明德在小野办公室里指认林楚峰，林楚峰的反问让丁明德无法解释。林楚峰质问小野，小野知道林楚峰在街上已知道丁明德叛变，他准备将郭木天叫来。郭木天出门后被刘福林盯上，刘福林派人挡住郭木天乘坐的汽车后在途中将他悄悄杀死。
冷梅和史密斯跳舞时伺机询问情报，云朵故意夸奖小野。林楚峰让冷梅叫关明山偷走赵子豪的随身公文包，制造一个假文件，作者写上凯文，要用英文书写，并且用皇冠牌打字机，林楚峰要给克劳斯做一个假的情报系统。关明山听冷梅说后同意去做，他将东西交给冷梅，两人的谈话被躲在暗处的刘福林听到。刘福林将关明山和冷梅私下办事的情况告诉云朵，云朵让他从家里支开冷梅，她要去家里打探情况。 刘福林回家后看到冷梅在使用皇冠牌打印机，他让她去找房东，云朵等她离开后来到桌前，冷梅回房间后见云朵站在那里，两人发生争吵，云朵离开时拿走桌上那本书。关大海等赵子豪接电话时偷走他的公文包，他在途中将包交给冷梅，冷梅已将东西准备好。林楚峰将假情报拿给克劳斯，克劳斯将情况汇报后小野被吉田将军指责。关明山发现被小不点跟踪后回头询问，两人在旧仓库里打斗起来，小不点不承认跟踪。冷梅和刘福林到后制止他们，小不点跟踪他是刘福安排的。
小野劝信子搬到云朵家里寻找破绽，林楚峰向磁石汇报情形，组织上让他找合适的机会再闹离婚。信子住进云朵家里，她在门外偷听他们讲话，林楚峰只好配合云朵讲话。冷梅在远处看到林楚峰和云朵亲密的样子之后有一些生气，她清楚是云朵故意气本人。内井美智子来到上海后见到小野，她刚来就听说他被暗杀之事，美智子认为信子从她身边抢走小野。小野知道美智子心狠如蝎，她曾一日内枪杀三十六名军统特工。美智子在医院外见到信子，她仍是一个人，信子对她的过来表示感谢，美智子看到她憔悴的样子感到兴致勃勃，云朵指责美智子说话无理，美智子愤然离去。竹下叫出丁明德介绍给美智子，丁明德将怀疑林楚峰的情形讲明。美智子故意接近林楚峰，林楚峰见到她后想到云朵的话，她谎称痛恨倭寇，林楚峰对她说的话很谨慎。林楚峰想通过信子云打探美智子的想法，云朵劝他可以亲身去打探一下，她明确对付美智子。
云朵将听到情报告知林楚峰，林楚峰约冷梅见面，他让她给组织上发报说明小野有大的行动，但电台损坏，冷梅只好发报刊登启示。冷梅从报社回来后被刘福林问起，他已将晚饭做好，刘福林趁机偷看了冷梅包里的东西，冷梅准许等他生日时烧菜等他回来吃饭。云朵看到冷梅登在报纸上的启示后让刘福林查询他们见面之人，小野确认王记杂货铺是共产党的联络点。刘福林假装酒后回家，冷梅已然筹备好一桌饭菜等他，他无法接受她的祝福，宁愿采用这种方法让她痛恨本人。竹下盘下王记杂货铺对面的店铺后派人开了一家裁缝店，他们想趁机窃取情报。王金科没察觉周围的异常情形，他没看到这几日的浦江日报。王金科部署伙计魏三牛看店，他以买蜜蜂为由出门，魏三牛又被对面店铺老板支开，田小妹趁机在王记店铺安装监听装置。竹下看出报纸上的这个告示有问题，小野看到后将信子调回家中，他想欲擒故纵。
小野与竹下君来到关押王先生的房间，此时王先生与三牛正在房中商议事情，二人在房中你来我往争论的时候，三牛忽然被人开枪杀死，王先生吓了一大跳，定晴一看原来是竹下君与小野从外面走了进来，小野进屋之后表示要放掉王先生，王先生闻言并没有高兴，反而面色阴沉地指出小野之所以放掉自己，无非是想利用自己，说完话趁着二个日本人不注意，他忽然一头撞倒在桌角上自杀。竹下君立功心切，之前王先生曾经向他提供过一份情报，王先生一死，他立即带领一群小分队来到情报地点，不料却受到了伏击损失惨重，事后竹下君回到日本总部，沮丧万分地向小野透露了事情经过。小野派出三名手下人跟踪云朵，云朵查觉到了身后有人跟踪，此时刘福林也发现了三个日本走狗，于是来到一处拐角处，找到几个休息的警察，谎称不远处有三个坏人，警察们闻言立即走了过去，经过一番寻找遇到了三个日本走狗，三个日本走狗先是谎称迷路，待被警察搜出手枪之后，只得透露自己是日本人。
美智子约见林楚峰，故意透露日军即将与德国交易，林楚峰闻言表面不动声色，内里实是非常想知道日德交易的详细内容，美智子却在他的面前故意卖关子，透露事情的时候总是只说一半，林楚峰虽然心中非常焦急，但也只得做出一副无所谓的模样，以此让美智子查觉不到自己的心思。二人分别后，美智子回到日军总部，开始指挥手下士兵疯狂不停地追踪共军的电报信号，以此调查林楚峰是否向共产党透露日德交易的信息，可是接连调查了几天，根本没有搜索到一丝蜘丝马迹。林楚峰希望欧阳云朵对自己真诚一些，自己便对欧阳云朵也真诚一些，欧阳云朵却指出先是林楚峰对自己不真诚，林楚峰离开欧阳云朵，来到小野的办公室，透露打算要与欧阳云朵离婚的事情，小野闻言劝说林楚峰不要离婚，林楚峰借着前次欧阳云朵被日本士兵调戏的事情，透露就从这件事情开始，自己回家以后面对欧阳云朵，心里总是感觉非常别扭。
竹山君等人撤退之后，刘福林从窗户旁边往外看，发现日本人留下了暗哨监视自己，回想到之前林楚峰悄悄拿走电报机，他长长松了口气，此时冷梅想到了一个问题，于是指责刘福林不该吃饼干，日本人就是凭着饼干的包装纸找上门来，刘福林闻言无所谓的模样，声称自己非常喜欢吃饼干。竹山君离去之后，不动声色在刘冷二人回家必经之路的地方扔下一张饼干包装纸，借此观察二人的神色举止，如若二人有一人拾起地上的饼干包装纸，说明是心虚害怕，由此可以证明二人是共党。冷梅上街回家的时候，忽然发现路口的地上落着一张饼干包装纸，看着地上的包装纸，她迟疑片刻，有心想弯腰将包装纸拾起来，又怕是敌人的圈套，站在原地迟疑片刻，最后她回到了家中。一回到家中，她立即询问刘福林之前是不是吃了饼干，刘福林闻言透露自己一二天前吃了饼干，说完话从口袋中掏出了包装纸，冷梅接过一看，发现刘福林说的确实是对的，那么街上的包装纸一定是其它人故意扔下的，刘福林得知街上掉落着饼干包装纸，立即意识到是竹山君等人设下的圈套。
林楚冰来到林家之后，故意与林楚峰亲密的在一起，一次晚上睡觉的时候，穿着红色睡衣躺在林楚峰的房中聊天，欧阳云朵看看时间已晚，进屋来要求林楚冰回房休息，林楚冰却故意挖苦欧阳云朵，认为对方是在吃自己的醋，云朵闻言只觉哭笑不得，林楚峰也认为妹妹说话没有分寸，好说歹说总终于妹妹从房间中带走。刘福林已经知道林楚冰来到了林楚峰家中居住，冷梅怀疑林楚冰是日本人派来探查已方真相的奸细，刘福林却将问题移到冷梅身上，玩世不恭地指出冷梅一定是担心林楚峰与欧阳云朵假戏真做，成为真正的夫妻。林楚冰来到林家之后，在美智子的吩咐下故意挑拨林楚峰与欧阳云朵的关系，一次林楚峰心平气和与林楚冰谈话，林楚冰为了试探林楚峰，指责对方一心一意为德国人做事情，林楚峰闻言没有否认自己的身份，当场声严厉色提醒妹妹不能侮辱德国元首。林楚冰隔天与美智子会面，将之前在林家的所见所闻说了一遍，最后认为自己的哥哥林楚峰应该不是共产党，以为对方一直在维护德国人。
云朵捡到共产党掉落的机秘纸条，然后故意又将纸条交给美智子处理，美智子本来是设下圈套，安排假共产党引欧阳云朵上当，不料却被欧阳云朵反将一军。林楚峰得知欧阳云朵的行为之后，叮嘱她到时找到信子，故意做出一副非常希望得到赏钱的模样，以此迷惑小野，让小野误以为欧阳云朵确实不是抗日份子，欧阳云朵认为林楚峰的主意非常不错，最后同意了他的提议。回到家中之后，欧阳云朵与信子见面，她故意透露自己之前将一张共产党的机秘纸条交给了美智子，说完话之后，请求信子向小野探探底，问一下到底能得到多少赏金，二人说话间小野从屋外走了进来，此时欧阳云朵伸出手腕忽然发现受了伤，立时间，她猛然记起当时与林楚冰在一起的时候，打旁里忽然飞来一根锐器，最后刺中了自己的手腕。小野发现欧阳云朵受伤之后，表面上不动声色，暗里却认为欧阳云朵手腕受伤的事情肯定隐藏着什么机秘，与此同时，刘福林也知道了欧阳云朵受伤的事情，情急之下他找到当初企图暗杀林楚冰的同伴，同伴透露已经没有解药。
林楚峰与冷梅相见，他从身上掏出一枚钻戒送给了冷梅，随后向对方表达爱意，冷梅得到钻戒之后非常感动，透露自己一直都在想念林楚峰，林楚峰闻言百感交集，发誓以后抗战结束一定会与冷梅成家，二人一定要生很多小孩。二人互诉心声之际，欧阳云朵出现，眼见林楚峰与冷梅相拥在一起，她的心中很不是滋味，此时林楚峰发现欧阳云朵出现，于是与冷梅告别，待他一走，欧阳云朵来到冷梅身边，先是说了一些说冷梅摸不着头脑的话，随后透露自己怀上了林楚峰的孩子，冷梅闻言有如五雷轰顶，站在当场一句话也说不出来，最后她失魂落魄向前走了几步，重重昏倒在地上。回到家中之后，冷梅将自己关在房中哪也不去，刘福林猜到冷梅一定与林楚峰产生了矛盾，于是站在房门外苦苦劝说，但冷梅根本听不进他的劝说。事实上欧阳云朵怀上孩子的事情是在演戏给日本人看，林楚峰不知道欧阳云朵欺骗了冷梅，依然像模像样的与欧阳云朵演戏，二人故意当着林楚冰的面谈生孩子的事情。
美智子打算要杀掉于大海，林楚峰得知这个消息之后，趁着与美智子见面的时候，佯装打电话给妻子欧阳云朵，欧阳云朵在电话中听完林楚峰说的话，立即猜出了话中的暗语。 于大海为人警慎，一次睡觉忽然听到屋外有动静，他立即从床上坐了起来，此时几个日本走狗冲了进来，于大海立即将棉被往几人身上一扔，借着众人被遮蔽视线的当儿跳窗逃跑，日本走狗岂会轻易放过于大海，一行人沿路追击，双方立时发生了激烈的枪战，冷梅获悉于大海遭袭，立即赶来支援，在支援过程中腿部中了一枪。回到家中之后，她躺在沙发上只觉腿部疼得厉害，刘福林发现了冷梅的情况，立即询问原因，冷梅透露自己是在帮助于大海，刘福林看着冷梅腿上的枪伤，最后找来一块破布让冷梅咬在嘴中，接着将她腿上的子弹挖了出来。
