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1933年1月，日军攻陷山海关，3月占领承德，华北抗日形势岌岌可危。上海多国势力胶着，暗流涌动。青山军校特工顾盼，与田桥洁和恋人谭仲文配合，完成恩师蒲丛的任务后，被秘密安排只身一人去完成以日本经济司司长神谷浩二为目标的暗杀任务。顾盼负伤完成使命，却遭到蒲丛陷害，身陷囹圄，绝境中被我党优秀战士魏东解救。在魏东的指引下，顾盼历经考验，进入秘密组织“蜂巢”，试图查明自己被陷害的原因。抽丝剥茧之中，真相一点点浮出水面，顾盼不仅查到深藏国民党内部的间谍组织，更一步步地接触到国民政府黑暗腐败的一面。顾盼在追求正义的过程中逐渐向红色革命靠拢，以“海马”为代号化身共产主义战士，与魏东成为搭档。最终摧毁“蜂巢”，破获日军的“暗日计划”。
1934年，国共之争陷入僵持，黑暗的斗争转入地下，各国亦暗中培育间谍组织，企图进一步瓜分中国。国民政府为巩固政治权利，在上海这个列强割据、黑帮混杂之地建立青山军校，以防止各种势力蔓延。校长蒲丛依靠青山军校编织起一张庞大的情报网，立于信息战不败之地。青山军校内，顾盼、田桥洁皆为学员中翘楚，两人相互竞争又互为知心姐妹。顾盼与教官谭仲文秘密相恋，却不知田桥洁亦倾心谭仲文已久。顾盼得到青山军校暗中指令，命其独自执行暗杀日本文化司司长神谷浩二的任务。日本文化司司长神谷浩二前来中国，松本带领罗星明和龙智捷所属的行动队前去火车站接站，却不料神谷浩二被青山军校特工顾盼枪杀。任务完成后，顾盼却成为弃子，被以龙智捷、罗星明为首的日本使馆武官队追杀。蒲丛将顾盼冠以叛国罪之名，推向不可翻身的死地。与此同时，实为爱国人士的罗星明，受命寻找顾盼，查明神谷浩二死因。蒲丛捏造顾盼叛变证据，派遣田桥洁出面追杀顾盼，龙智捷、罗星明带领日本使馆武官队赶到。混战中田桥洁因爆炸身亡，顾盼重伤逃生。
哈尔滨，昏迷的顾盼也被罗星明所救并见到神秘的老板娘云姐，回想当年在暗杀闫璐海时曾见过云姐，戒备心强的顾盼坚持离开，老板娘告知顾盼已被全城追捕，要想查明真相就要做好充足准备。经过一番考量，顾盼为了找出陷害自己的黑手不得不留下养伤，在顾盼的抽丝剥茧层层分析下顾盼认为青山军校有问题，并在云姐的分析和建议下，顾盼决定只身返回上海到日本大使馆行动队队潜伏，探明真相，找出自己被陷害的原因。原来罗星明和云姐是亲姐妹二人都是爱国华侨，隶属于上海地下党。从顾盼被云姐所救带去哈尔滨到她被引导进入武官队，都是罗星明和他的老师——共产党人崔文生在背后商定的计划，并且崔文生通过神谷浩二留下的线索查到一个神秘组织“蜂巢”。
经过调查，杨谦发现杀手体内的弹壳不是军校所有，而是来自武官队，杨谦、谭仲文起疑，到底是谁开枪救人。与此同时，行动队将任务失败归咎于顾盼，认为是她走漏了消息，而龙智捷则澄清事实，原来这次行动的目的只是为了试探顾盼，顾盼顺利通过测试。杨谦私下告知谭仲文，现场搜集回来的证物里有谭仲文当年送给顾盼的耳环，他将证物耳环提前藏了起来，其他人未知。杨谦怀疑顾盼还活着。谭仲文要杨谦提供搜查名单给蒲丛的时候，将最可能藏身的地方留在最后，为自己争取时间，他要独身前往，抢在青山行动队前确认顾盼是否活着，并让杨谦为他拖延时间。谭仲文来到日本武官队藏身仓库附近，不料暴露身份被龙智捷所抓，并要顾盼审讯谭仲文。昔日情侣再相见，却是对立阵营。
顾盼心痛不已，但为了保住谭仲文性命，不得不严刑拷打谭仲文。此时，青山行动队已经逐渐接近藏身仓库，龙智捷下令要顾盼枪杀谭仲文。顾盼痛苦万分，纠结为难，千钧一发之际，龙智捷接到金先生电话，要求留谭仲文性命。谭仲文被赶来的行动队所救，他们在仓库内发现蛛丝马迹，表明日本武官队下一个行动是中美航空会谈。事关重大，蒲丛带队前往酒店抓捕杀手，保护中美航空会谈安全。另一边，罗星明发现龙智捷带队的行进方向赫然不是中美航空会谈的酒店，而是青山军校！并且队伍中混入一批明显杀手气息更浓的人——神秘组织蜂巢成员。顾盼在医务室遇到藏身于此的杨谦，杨谦再见顾盼十分兴奋，顾盼告知杨谦地下室有秘密电话，让他立刻通知蒲丛回防。杨谦拨出电话，蒲丛更感情况棘手。
顾盼悄然探入蒲丛办公室，试图寻找有关神谷浩二命令的信息，并找到了一个神秘的黑匣子，但碍于她此刻的身份和所处环境不能将黑匣子带走，这一切都被罗星明无意中撞见。与此同时，顾盼被之前的幸存杀手认出，遭遇身份危机，却不想此时罗星明出现帮她解决了杀手。顾盼对于罗星明心存疑惑。蒲丛看到军校一片狼藉，勃然大怒，查看黑匣子安全后稍稍安心。他得知杀手中有顾盼时十分震惊。他密电联系金先生，质问金先生为何还让顾盼活着，并且不经过他同意就派人重创青山。原来，金先生是日本间谍组织“蜂巢”领导人，而蒲丛，亦是蜂巢发展的高级间谍之一。顾盼事后回忆，记得以前无意中见过黑匣，蒲丛对此十分紧张，当即推断黑匣中定有许多不为人知的秘密。顾盼计划通过夏恩将黑匣偷出。
罗星明暗中联系顾盼，顾盼利用云姐在法租界人脉救出云姐，罗星明洗清嫌疑。龙智捷将罗星明和顾盼带入蜂巢，两人方知，在大使馆武官队之外，还有这样一个神秘可怖的间谍组织。顾盼在进攻青山中起到的关键作用让金先生满意，但对金先生而言，她的使命已经完成。金先生对顾盼动了杀机，罗星明察觉后将黑匣子一事告知金先生，表明除了顾盼，无人能顺利从军校偷走黑匣子。得知黑匣子一事后，金先生改变除掉顾盼的想法，原来蒲丛虽然是蜂巢一员，但他反心太重，金先生不得不提防他。这是进攻青山的原因之一，他需要从青山得到蒲丛的把柄，好继续控制蒲丛。在顾盼的分析下得知真相，原来这些都是黄素梅设下的局，目的就是想通过夏恩找到自己怀疑的幕后之人。夏恩悔不当初，自己不应该这么冲动，夏恩在顾盼的帮助下联系谭仲文。顾盼帮助夏恩编造借口过关，让夏恩安全回到青山。顾盼看着近在咫尺的谭仲文却不能相见，内心煎熬难受。
罗星明说出了蜂巢组织真正的目的，这让顾盼大吃一惊，不知神谷事件背后竟然还存着更大的幕后黑手，两人在一番斗智斗勇后，达成同一阵营。顾盼找到夏恩商议下一步行动，夏恩告知曾在青山材料中发现一个代号为“变色龙”的共产党，怀疑是否就是罗星明。从香港归来的陈景天抵达车站后被蜂巢暗中抓走，成为龙智捷的阶下囚，审问他和神谷浩二的关系。罗星明暗中告知顾盼陈景天身份以及和神谷浩二的关系，引起顾盼极大兴趣，准备暗中救人。顾盼利用审讯时机，暗中通过摩斯密码传递情报，和陈景天达成计划。顾盼冒险救人后，来不及逃走，被龙智捷等人包围，重伤的陈景天牺牲自己，证明顾盼清白。而大受打击的顾盼来到云姐处，向云姐倾述，云姐安慰并开导顾盼。
蒲丛诱捕计划失败，震怒中排查泄密源，赫然发现电话居然是从自己办公室打出，怀疑青山军校内另有奸细，命黄素梅排查。龙智捷得知黑龙堂有一套航海通讯系统，要罗星明和顾盼接近万九，获取该系统。顾盼设计黑龙堂副手王金利，在酒吧见到黑龙堂堂主万九的时候，她几乎懵了。眼前的万九，居然就是六年前死去的许志。六年前，顾盼接到任务，接近许志。她假扮歌女苏莺莺，成功进入许志视线。没想到这是蒲丛的圈套，许志根本不是什么间谍，而是发现蜂巢马脚的一名法租界华捕。蒲丛利用许志对顾盼的心思，让他“无意”中杀害了司令之子。许志百口莫辩，被捕入狱，后被蒲丛提走，让他染上毒瘾，摧毁他的信念后彻底控制在自己手中，并重新给了他一个身份——万九。万九再见顾盼，百感交集，他将顾盼困在黑龙堂某处别墅中。
顾盼将情报传递给罗星明，龙智捷得知密码后，放弃了顾盼，跟踪万九准备到码头抢劫河津号。罗星明的推测成真，河津号上居然是国民政府准备和美国达成白银协定的万两白银。蒲丛想抢在蜂巢之前利用自己的私人势力打劫河津号，金先生想通过蜂巢将这批白银改变航向，运往日本。共产党想将这批白银运往香港，支持地下运动。万九被蜂巢的人阻拦，九死一生之际，逃脱黑龙堂杀手控制的顾盼赶来，切断万九的手，保住他的性命。顾盼赶到时，码头的斗争已经结束了。龙智捷以为自己的人已经成功登船，却不知黄雀在后，崔文生和云姐早就控制了河津号，船只改道香港。不知真相的蜂巢，利用万九的航航系统继续与河津号联系，以为一切都在控制中，并不知一切早已调换。谭仲文找到罗星明让他说出顾盼的下落，并告知顾盼有危险，二人言语不和打斗起来，后来罗星明在崔文生的帮助下摆脱了谭仲文的纠缠。
罗星明把从顾盼处得知的情况告诉了崔文生，二人一番分析，在蜂巢之中金先生并不是完全的相信龙智捷，而这批白银数目巨大，蒲丛也想自己私吞掉，万九的黑龙堂就是蒲丛自己的私人武装，罗星明和崔文生打算激化蒲丛和金先生二者之间的矛盾从而从中浑水摸鱼。夏恩从蒲丛办公室偷出黑匣子不料被何副官发现情急之下跳窗逃脱，到了医务室被杨谦藏到暗室之中，这时何副官也顺着窗户到达医务室看到杨谦，一番检查并没有发现夏恩，夏恩不明白杨谦为什么不仅不揭露自己还帮助自己隐藏。顾盼回到蜂巢令龙智捷很意外，并坦诚这次河津号事件顾盼确实是当了诱饵，看到顾盼回来，希望它能够摒弃前嫌，顾盼和龙、罗达成和解，而此时龙智捷接到金先生电话，河津号并没有按指定到达预定地点，龙智捷大吃一惊。与此同时，谭仲文被蒲丛告知陕西商会会长陆大有暗中进行走私活动，下令刺杀。
陆大有举行生日宴会的百乐门内，觥筹交错。夏恩、王敏伺机而动。谭仲文带人在暗中观察警戒着。可众人未曾想到顾盼居然穿着礼服堂而皇之的出现在酒会上。顾盼果断握着夏恩的手开枪，证明自己和夏恩的对立面，同时要夏恩事后伺机将黑匣子带走。谭仲文看到浑身是血的顾盼，几乎发疯，他抱着顾盼重回军校。这一切都看在罗星明眼中。夏恩因为亲手逮捕顾盼成为军校英雄，被蒲丛批准可以提前毕业。王敏此时归来，告诉大家夏恩在行动中有可疑之处，是她王敏在陆大有逃走的时候用炸弹炸死了陆大有！但王敏说不出证据，并未得到众人信任，只有黄素梅暗中吩咐王敏，时刻盯着夏恩。
谭仲文审讯顾盼，偷偷传递摩斯密码。顾盼注意到头顶的通风口还有一双观察的眼睛，谭仲文的这些异常举动都落在观察人眼中。为了保护谭仲文，顾盼只好违心的说一些狠话，断绝谭仲文念头。谭仲文不知真相，沮丧离去。夏恩也被蒲丛叫走审讯顾盼，夏恩悄悄用两个人才知道的方式暗中告知顾盼计划。顾盼佯装发病，护士带着抢救仪器进入，谭仲文拉下电闸，一片漆黑，顾盼趁乱打昏一个护士，将她放在病床上与自己调包。等蒲丛等人推车离开审讯室，发觉床上人不对时，杨谦利用炸弹炸毁审讯室，顾盼逃离。
王敏因为进入过化学实验室以及在众人视线中消失，成为怀疑对象。夏恩在会议中巧妙引导分析和言论，将王敏推断为顾盼同伙。这让一向很袒护王敏德黄素梅十分难堪，受到蒲丛诘责和怀疑。顾盼将王敏当作人质，从密道离开，不料王敏突然发难，顾盼为自保躲避，王敏不慎误伤自己而亡。王敏的死将她的叛徒身份坐实，黄素梅恼羞成怒，将王敏的死归责于顾盼，誓要跟她清算。另一边，王盛乡车队受到伏击，杀手的枪支经查证来自于青山军校。王盛乡怒不可遏，这也让顾盼更加确认，王盛乡和蒲丛你死我活的政敌关系。顾盼从云姐处得知夏恩是蒲丛的亲生女儿，惊诧不已，云姐吧当时的情况告诉了顾盼，顾盼又一次对蒲丛的心狠手辣有了一个新的认识。
蒲丛为了说明暗杀不是来自青山，宴请王盛乡。王盛乡赴约，百般刁难和挑剔，但蒲丛极为隐忍。夏恩在宴会上制造机会，使得王盛乡单独去了卫生间处理衣服上的酒渍，等在卫生间里的人，是顾盼。顾盼开诚布公说明了黑匣子一事，王盛乡再三考虑，同意合作。事关重大，顾盼没有将黑匣子带在身上，两人约定第二天在一家酒楼会面，交出黑匣子。顾盼无意中发现自己和夏恩的电台被监听，情报有外泄可能。经过侦察，顾盼发现探听自己电台，监视自己的人居然是云姐。顾盼设计让云姐露馅，将云姐控制在自己公寓。顾盼误会云姐是蜂巢的人，审讯后却不得到自己要的答案，顾盼开始着手自己调查。
顾盼顺着云姐的线索追查到与她有电话联系的人极有可能是罗星明。顾盼寻找一个借口登门拜访，经过观察后确认，云姐和罗星明的确有来往。罗星明察觉云姐失踪，伪装后到顾盼住处探听消息，差点被顾盼发现，罗星明只好离去，另做打算。顾盼怒极，质问云姐和罗星明的关系，并持枪威胁要杀了她。云姐十分淡定，告诉顾盼，自己从来没有害过她。一声枪响，蜂巢的一个眼线瘦猴闯入，看到不是顾盼受伤，而是一声空枪。瘦猴欲逃，被顾盼杀死。云姐得救。而此时顾盼又一次联系王盛乡打算把黑匣子交给他，罗星明和崔文生分析他们拿到的黑匣子是假的！危险又将降临在顾盼眼前。
谭仲文的审讯问题和方向故意引导夏恩回忆年少往事，讲出了对蒲丛怨恨的理由。蒲丛震惊，因为他发现——夏恩居然是自己的亲生女儿！原来多年前，蒲丛的秘密恋人赵碧云刚怀上蒲丛的孩子，就被上层要求执行潜伏任务，目标是红色资本家莫有信。赵碧云不得不离开蒲丛，成为莫有信的太太，生下女儿，取名莫若兰。另一边，顾盼与罗星明挑明关系，罗星明承认曾经利用顾盼并说出神谷浩二之死没有那么简单，云姐、陈景天等人的无私奉献使顾盼对共产党产生向往，两人破冰。重逢女儿的蒲丛百感交集，将夏恩控制在医务室治疗。蒲丛探望夏恩祈求女儿的原谅，表明当初自己所做的一切都是为了党国。但得知真相的夏恩无论如何不肯原谅蒲丛，并对顾盼产生极大的怨恨。
田桥洁其实本就是蜂巢打入青山军校，监督蒲丛的人。田桥洁当时重伤后并未死去，被金先生救走后加以栽培，并以她日本的家人为要挟，威胁田桥洁杀死她暗恋已久的谭仲文。为了家人，田桥洁不得不含泪完成任务。失去爱人的顾盼心如死灰，喝酒度日。罗星明担心不已，将她带回照顾。罗星明示意醒来的顾盼屋内有龙智捷安装的窃听器，两人决定配合演一出戏。痛失爱人的顾盼情绪失控，将情绪发泄在罗星明身上，罗星明悉数接收，两人敞开心扉。罗星明告诉顾盼谭仲文之死绝非想象的那么简单，顾盼从青山拿回的黑匣子是假的。
顾盼与罗星明百思不得其解为什么蜂巢要杀死谭仲文。罗星明将线索指向了杨谦，告诉顾盼谜底可能杨谦会有所知晓，顾盼同意约见杨谦。顾盼与杨谦在教堂相见。杨谦将谭仲文的计划告诉给顾盼，原来杨谦趁着蒲丛审问谭仲文之际发现真黑匣子的藏匿位置。谭仲文逃出后拿走了黑匣子，并告诉杨谦如果有事坐一趟固定列车到长沙相见。田桥洁归来后，成为黄素梅和蒲丛对抗的左膀右臂。杨谦不知田桥洁真实身份，被套出许多情报，但当田桥洁询问杨谦和顾盼的关系时，杨谦矢口否认。
顾盼和万九分析，蒲丛这么做是借刀杀人。黑龙堂不是专业杀手，手法低劣，很容易被人查到并追杀，并且黑龙堂所追杀的都是蜂巢成员。万九知道真相但无可奈何，顾盼决定帮他摆脱蒲丛控制，两人商定找到黄庚先，利用黄庚先做局。罗星明和龙智捷各自得到一半消息，两人一起去找金先生。罗星明不知顾盼另有打算，暗中将信息传递给顾盼。顾盼和万九抢先将金先生劫持带走，并故意用龙智捷爱喝的一种酒味误导金先生。龙智捷带人赶来，从黄素梅手上抢走了金先生。金先生得救，但对于自己藏身地点消息走漏一事耿耿于怀，得知藏身之处的人只有罗星明和龙智捷。金先生再次从龙智捷身上闻到熟悉的酒味时，心中有了答案。
顾盼约见杨谦，没想到田桥洁跟踪在后。昔日姐妹相逢，两人感慨万千，大醉一场。田桥洁终于向顾盼说明了自己对谭仲文的心意，顾盼百感交集，没想到原来历历在目的事情都已是过眼云烟，好在他们姐妹又重归于好，然而顾盼不知这些只是她的一厢情愿。顾盼从谭仲文和杨谦告别时的话语分析出线索，推断真正的黑匣子应该藏在一辆列车上。顾盼准备行动，罗星明说出田桥洁在交换金先生行动中的维护行为，顾盼心中存疑。田桥洁通过杨谦得知了顾盼准备登上列车的计划，黄雀在后。罗星明亦通知崔文生和几个共产党同志登上列车，伺机拿到黑匣子。
