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第四次长沙会战前，日本驻沪特务机构——梅机关为配合作战本部一举攻占长沙，秘密展开一项代号为“狱火计划”的行动，旨在利用生化武器消灭守城军民。汪伪政府金融部长孙宗吾来到上海，秘密为梅机关物色一家合适的轮船公司。中共地下党派遣代号为“夜鹰”的林剑松来到上海锄奸。孙宗吾通过交际花孟美茹的引荐，结识上海船王梁仪同，双方就合作意向达成共识，相约当晚在露兰夜总会签署合约。林剑松在孙宗吾下榻的大东饭店查到孙的计划，并找到上海行动组的徐光溥配合行动。当晚，日本人今井玉治和东野隆已在露兰夜总会安置众多特务确保签约。林剑松提前来到露兰夜总会，伪装成服务生进入包厢。此时，孙宗吾正对孟美茹大献殷勤。林剑松进来后被孙宗吾的保镖发现异常，双方一场混战，混乱中，林剑松与孟美茹四目相对。
今井和东野回到梅机关向机关长影佐祯昭汇报情况，得知杀死孙宗吾的是日方潜伏在中共地下党组织内的间谍，化名刘明珍，正是徐光溥的妻子。徐光溥回到家中，刘明珍仔细询问过程以及夜鹰的目的。孟美茹回家后久久无法入眠，原来林剑松是她几年前不辞而别的恋人。林剑松突然出现在孟美茹家中，两人交谈中，孟美茹无意说出孙宗吾介绍了一笔生意给海威轮船，对方是一家名为大同海事的日本公司。今井为了查明夜鹰的身份，血洗我党联络站牙医诊所，换上特务雀占鸠巢等待夜鹰，没想到这一切最终被林剑松看在眼中。林剑松判断大同海事租借海威公司的货轮一定另有隐情。徐光溥在刘明珍的“建议”下贴出告示，希望确定林剑松是否安全。林剑松对徐光溥产生怀疑，未接触。
运输生化武器需要气密冷藏，东野向海威要出四艘货轮的设计图进行船体改造，引起罗祯祥的反感。今井找出三个疑似夜鹰的嫌疑人资料，其中一份资料中，就有一张林剑松的背影照片。东野征得梁仪同的同意后带着改装工人来到码头对云济号进行改装，遭到船长程久三的阻止，可迫于压力，程久三只好放行。林剑松伪装成码头工人来到码头，打听到海威轮船有四艘货轮，并偷偷潜伏东野隆临时租用的仓库。正在与孟美茹共进午餐的罗祯祥得知云济号被改装，将孟美茹一个人扔在餐厅赶到码头与东野隆交涉，正好给林剑松创造了机会偷拍到改装图纸。林剑松将照片洗出，锁定了云济号，带着照片来到行动组宝丰鱼行找到负责人潘云泽，告知对方组织内有内奸。林剑松提醒潘云泽提高警惕，要他秘密查明改装图。潘云泽试探刘明珍，刘明珍巧妙应对过去，将发现通知王华培。在东野隆面前吃了闭门羹的罗祯祥冲到孟美茹家中找梁仪同理论，关于是否改装云济号，两人为此争执起来，罗祯祥气愤之下提出了辞职。孟美茹十分好奇罗祯祥为何如此在意云济号，梁仪同告诉孟，罗是云济号真正的设计师。程久三规劝
林剑松想在裁缝铺的床上刻下自己的名字，冯长宝安慰说裁缝铺会是大家安全的家，林剑松感动。王华培将夜鹰出现在宝丰鱼行的情况通知今井，今井感到事态严重，要王华培与刘明珍密切注意宝丰鱼行。宝丰鱼行内，潘云泽发现刘明珍在偷拍照片，确定刘明珍是内奸，未想刘明珍血洗鱼行。林剑松来到鱼行后被随后赶到的警察当做杀人凶手逮捕。收到消息的今井立刻打电话到警察局，林剑松突然发难，打伤警察之后与今井通话，两人针锋相对相互试探，从今井的话中，林剑松判断内奸只有一人。孟美茹出面替义父挽留罗祯祥，陈述利害关系之后终于说服罗祯祥继续留在海威轮船。刘明珍谎称伙计小陈是内奸，徐光溥信以为真，悉心照料受伤的刘明珍。林剑松回到裁缝铺，将遭遇告诉冯长宝，决定启用备用联络站。
接到上级指示后，乔少山跃跃试欲想要尽快完成任务，于是私自搬到余元里监视刘明珍和徐光溥，希望查出谁是内奸。孟美茹在家中摆了一桌和合酒，请罗祯祥与梁仪同，没想到梁仪同有事未能赴约，罗祯祥单独赴约，席间感谢孟美茹从中调停。面对新搬来的乔少山，刘明珍和徐光溥都认为事有蹊跷，徐光溥和王华培都各怀目的试探乔少山。罗祯祥从梁仪同口中得知孟美茹的身世，对她的偏见有所改观，梁仪同也十分欣慰有这么一个义女帮助自己打理公司，要罗祯祥多与孟沟通。乔少山关了铺子整天待在家中监视隔壁的刘明珍和徐光溥，记录两人的一举一动。林剑松得知乔少山私自搬到徐光溥家隔壁，非常生气，乔少山却不以为然，当从林的口中这个举动会暴露备用站时才意识到事态严重，林剑松要他暂时不要搬出余元里，也不要刻意跟踪监视徐光溥和刘明珍。
林剑松与孟美茹在裁缝铺偶遇，孟美茹询问林剑松当年为何不辞而别，林表示自己所做之事十分危险，要孟美茹忘了那段爱情，忘了他，孟美茹十分伤心。夜鹰再次出现的情况被今井发现后，认定夜鹰盯上了狱火计划，向影佐请示，影佐认为可以利用刘明珍来散布假消息，声东击西。乔少山的意外出现已经惊动了今井，今井命令助手黑田去乔少山的钟表店试探此人。被林剑松警告的乔少山在黑田面前小心谨慎，黑田利用喝水的机会检查钟表店，险些发现乔少山藏在座钟内的电台，不过由于乔少山的疏忽，黑田注意到乔少山非常在意一本书。大同海事的第二笔租金到账，梁仪同心情大好，告诉罗祯祥准备建造一艘新船，由他设计并督造，罗祯祥感谢梁对他的信任，更是对孟美茹增加了好感。
乔少山发现钟表店被人仔细的搜查过，意识到问题的严重性，这才后悔当初没有听从林剑松的劝告。林剑松为引出内奸，冒险与徐光溥见面，将发现的情况和盘托出，称准备重建行动组，希望稳住徐光溥和刘明珍。韩东林给林剑松发来消息，表示已经联系上云济号上的同志，要求林剑松除去潜伏在我方的间谍。孟美茹从梁仪同口中得知云济号将会去大连，东野会押船。林剑松避过监视的耳目，找到乔少山要他千万不可轻举妄动，以免刺激敌人，只需仔细观察徐光溥身边是否还有一个日本特务。云济号的改装即将完成，为了堵住漏洞，今井和东野在码头上抓了一批危险分子，其中就有两个云济号上的船员，今井挑选梅机关内的特务交给东野，届时一起上船执行运输生化武器的任务。乔少山故意弄哑自己的嗓子装作在家生病，开始观察徐光溥和刘明珍。
林剑松已经从上级处得知云济号的目的地是大连，便告诫孟美茹千万不可冒险无端打听消息，这样会给孟带来危险，孟表示这是两人的最后一次见面，关于云济号的消息算是林救自己的回报，两人不欢而散。乔少山根据多日的观察发现，楼下理发馆的王华培有些异常。刘明珍故意设计制造徐光溥与王华培多次秘密接触的假象，希望将徐光溥的罪名做实。程久三来到公司抗议日本人抓走船员的事情，罗祯祥表示梁仪同正在积极营救，要求程久三出港后每天给自己发电报。乔少山用电话告知林剑松王华培不简单，竟然摆脱了他的跟踪，林剑松要乔少山不要轻举妄动立刻回家。王华培回到梅机关向今井汇报刘明珍的最新情况，并且感觉自己被乔少山跟踪。随后，林剑松突然出现在余元里，在王华培的理发馆中试探王华培，此时，刘明珍突然出现。
在理发馆，刘明珍看到王华培正准备杀掉林剑松，加以阻止，林剑松支走王华培，告诉刘明珍他怀疑徐光溥是罪魁祸首，要刘明珍密切监视。刘明珍认为自己已经取得了林剑松的部分信任。王华培赶去梅机关汇报被林剑松发现。罗祯祥对孟美茹展开追求，孟美茹尝试着接纳罗祯祥。孟美茹的保姆吴妈和丫鬟雀儿都十分喜欢体面绅士的罗祯祥，经常给两人制造机会。都喜欢绘画的罗祯祥和孟美茹有了共同语言，相谈甚欢，小丫鬟雀儿也吵着学画画，罗祯祥便当仁不让做起了雀儿的老师，每天下班之后都来孟美茹家上课。孟美茹决定忘记林剑松重新开始新的生活。黑田安装好窃听器对乔少山展开密切窃听，听到林剑松和乔少山正在追查内奸，计划利用刘明珍与徐光溥之间互不信任，查出云济号上的真正货物。
云济号上，东野隆密切关注着程久三等人的动向，发现他们虽然反感日本人，可对于海上行船还是十分认真负责，大家都想尽快到岗装上货物回家团聚。刘明珍为了将嫌疑转嫁到徐光溥的身上，故意让徐光溥告诉林剑松云济号去青岛，而她则偷偷将真情报告诉林剑松，林剑松将计就计，希望刘明珍继续监视徐光溥，同时查出云济号所运货物的真实情况。罗祯祥请孟美茹看摄影展，与孟美茹互有好感，两个人还一起去了教堂看画。孟美茹担心出港的云济号，罗祯祥让她对自己设计的船有信心。林剑松回到钟表店之后决定将计就计，故意对着窃听器说确定徐光溥是间谍，让乔少山发送电报给上级，乔少山认为应该启用新密码，被林剑松阻止，乔少山不明就里，只好按照林剑松所说将情报发出。
裁缝铺内，冯长宝看出林剑松对于营救乔少山和徐光溥的计划没有多少把握，耐心开导。梁仪同将自己准备退休的想法告诉了义女，要孟美茹赶紧安定下来，并十分看好孟与罗两人的感情。林剑松决定在行动之前必须除掉刘明珍的联络人王华培，于是当晚支走了徐光溥，来到余元里面见刘明珍，王华培发现异常，偷偷潜入刘明珍家，被林剑松用枪指着，刘明珍慢慢的举起手中的枪。刘明珍举枪对着林剑松和王华培，对着王华培扣下扳机，以此来证明自己的忠诚，林剑松告诉刘明珍，他已经查出王华培是徐光溥的联络人，并将乔少山的身份告诉刘明珍，要她第二天夜里将徐光溥带到乔少山的钟表店。徐光溥在咖啡馆没有等到林剑松回到家中后被告知第二天去钟表店有重要事情商议。
孟美茹回味着与罗的对话，另一边罗在画着云济号的内部构造图。徐光溥按照刘明珍的指示搞到一辆汽车，晚上准备用来撤离，刘明珍赶到梅机关说出自己的判断，认为林剑松已经完全上当，今井下令撤走所有监视钟表店的手下，只留下监听点的几个人以备不测。当夜，今井和黑田在监视点看到林剑松等人聚集到钟表店，当刘明珍和徐光溥走进之后，林剑松掏出手枪对准了徐光溥。林剑松命乔少山将徐光溥绑在椅子上，徐光溥面对证据说林剑松栽赃，在监控点内今井和黑田密切监听着钟表店内的一举一动，乔少山堵住徐光溥的嘴，林剑松突然调转枪口对准了刘明珍，大家还没反应过来的时候，林剑松扣下扳机，刘明珍身亡。林剑松让乔少山立刻准备，徐光溥看着事先写好的字条，混混噩噩。
林剑松把得知的情报发给了老韩，老韩让他们原地待命。影佐当众承认这次的失败，并告诉今井关键时刻更要思考，猜测敌方的思维。云济号顺利进入大连港，伪装成装运工人的日本士兵将生化武器搬运上船，程久三感觉事有蹊跷，于是让一个船员偷偷进入货舱查看货物情况。深夜，船员阿根偷偷刘进货舱，打开了一罐生化武器，立刻中毒，听到惨叫声的东野立刻将货舱封闭，船员们找来船长，众人打算冲进货舱营救阿根，可东野隆以及手下拔出手枪对准了所有船员。目睹了一切过程的张发祥将船上发生的事情通知上级，随后，情况被传达给林剑松，林剑松等人分析后认为云济号运载的很可能是一种生化武器。
林剑松三人决定阻止云济号，乔少山提出炸船的计划，可是这个方案需要云济号的图纸，林剑松决定去海威轮船偷出设计图。为了防止机密外泄，东野隆武装夺船，程久三和船员们不敢就范，只好乖乖听话。船员阿根的尸体从冷藏室内被抬了出来，船员们在甲板上举行了一个简单的海葬仪式，东野隆发现张发祥没有参见，手下向其汇报张非常可疑，曾经偷偷进入发报室，东野隆立刻将这一发现通知今井，今井决定利用张发祥来发送假情报，东野隆按照计划故意在张发现面前透露云济号30日返回吴淞口的消息，可正当张发祥将这一情报发送出去后背东野隆枪杀。林剑松接收到云济号将于30日抵达吴淞口的情报，告诉意志消沉的徐光溥没有时间再消沉下去，要他赶快振作起来完成这个艰巨的任务。
徐光溥提议也可以去航运局拿云济号的设计图，而乔少山则不以为然。林剑松三人决定分头行动，乔少山去航运局引开敌人视线，林剑松和乔少山两人去偷钥匙。可是在偷钥匙的过程中，被孟美茹撞见，一同前来的罗祯祥看到孟美茹与林剑松悄悄交谈着什么，怀疑两人有关系，当夜，林剑松向孟美茹解释偷钥匙的原因，孟美茹告诉他罗祯祥是云济号的设计师，愿意出面向罗祯祥索要设计图，可是遭到林剑松的反对。罗祯祥吃完晚饭来找孟美茹，希望问清楚孟与林的关系，在大厅看到孟美茹与林剑松，上楼之后，孟美茹提出想要一张云济号的设计图，罗祯祥询问原因。罗祯祥发现孟美茹似有隐瞒，因此委婉的拒绝了孟美茹，林剑松跟踪罗祯祥回到他住的地方。徐光溥和乔少山担心林剑松因为感情问题会导致行动失败，善意的提醒林剑松。
东野隆为安抚程久三，答应只要云济号到达吴淞口，就放了船员，程久三要东野隆答应不再无故伤害船员，两人约法三章。孟美茹按照林剑松教给她的联络方式，将鸟笼挂出窗外。乔少山从黑市上打听到购买炸药的途径，可是囊中空涩。林剑松来到孟美茹家，得知罗祯祥答应画设计图，不过要见他一面，罗祯祥带着新船设计图和云济号的设计图来到公司，发现云济号发来的电文十分简单，怀疑云济号上有事发生。林剑松回到裁缝铺，与乔少山、徐光溥为见面的事情做着准备。林剑松和罗祯祥按时在咖啡馆见面，当林提出要炸毁云济号的时候，罗祯祥无法接受，没有当场将设计图交给林剑松，两人不欢而散。今井从航运局查到云济号的设计师是一个不存在的英国人，于是带人冲进海威轮船，胁迫梁仪同说出设计师的真相，立刻派人查找罗祯祥的下落。
今井在罗祯祥家找到云济号设计图的图纸，意识到被林剑松抢先了一步，没想到罗祯祥此时回到家中，与今井遭遇，徐光溥和乔少山此时正埋伏在楼下准备绑架罗祯祥，双方发生枪战，罗祯祥中枪倒地。今井跟丢了林剑松等人，手下向他报告将罗送到医院正在抢救。于是赶到医院，今井认为可以将罗救活，以此来引蛇出洞好将林等人一网打尽。林剑松一路跟踪到医院，发现医院已经被封锁，回到裁缝铺之后打算救出罗祯祥，医生走出手术室，告诉今井，已经从罗祯祥体内取出弹头，可是罗还没有度过危险期，如果他能挺过今晚就能生还。今井下令封锁医院，除了给罗治疗的医生之外，谁也不许靠近。夜晚，罗祯祥发着高烧，几度昏迷过去。孟美茹与罗祯祥争吵完之后十分后悔，来到罗祯祥家找罗，发现一片凌乱，怀疑出了意外。
林剑松希望鬼脸七帮自己一个忙，做一张人皮面具，鬼脸七询问了大概状况之后，表示必须在真人脸上制作面膜才能以假乱真，林要他尽快准备。梅机关，影佐怀疑林与罗之间有中间人介绍，和今井找出到底是谁。孟美茹来到海威轮船，从周秘书口中得知发生的一切。医生给罗祯祥清理伤口，罗询问他是否有人知道他在医院，医生小声的告诉他日本人封锁了医院，什么人都不让见。鬼脸七化装成一个护士来到医院。鬼脸七骗过罗祯祥病房外把守的特务，走进病房，假装换药，给罗做面具模型，罗突然醒来，挣扎起来，鬼脸七悄声告诉罗营救他的计划，罗一愣，这时今井走进病房。鬼脸七赶紧给罗祯祥换完药，来不及收走地面上的工具，只好趁着今井不注意，将其轻轻踢到床下，今井继续审问罗祯祥通过什么人联系上的林剑松。
林剑松和徐光溥潜入医院，寻找电闸，时间一到，徐光溥切断电源，手术室内一片漆黑，医生让今井赶快去找蜡烛和手电等照明，今井离开后，罗祯祥和死尸迅速掉包。今井带着手电回到手术室，医生简单抢救一番，宣告罗祯祥死亡，今井上前拉开被单，看到确实是罗祯祥的脸，今井心有不甘，拔出枪对着尸体连开数枪，下令将尸体放入冷冻柜，谁也不许靠近。林剑松三人等在路边，等待运尸车的出现。医院太平间内，假罗祯祥的尸体被推进太平间，特务看着工作人员将尸体放入冷冻柜离开。鬼脸七随后走进太平间，从运尸车下搀扶出罗祯祥，给他换上段志国的面具，随后将其推出太平间,途中被今井拦截，虽躲过一劫，但今井却发觉事有蹊跷。林剑松拦截了灵车，成功救出了罗祯祥，而得知罗祯祥已死的孟美茹伤心欲绝。
孟美茹赶到医院，今井带着口罩在一旁观察着孟美茹的反应。孟看到罗祯祥的尸体，信以为真，除了惊讶，更是悲痛万分，十分后悔。今井观察着孟美茹的表现，指责孟美茹在欺骗他，孟美茹化悲痛为愤怒，坦言自己一开始就认识林剑松，并痛恨日本人。今井却放走了孟美茹，意图利用她引出林剑松和罗祯祥。林剑松把跟踪他们的梅机关的两个下属杀了，今井推断出林等人的行踪，但不知他们为何出现在电报局，并命令下属监视孟美茹。云济号的前方正在形成一个风暴区，程久三告诉东野隆必须改变航道，并会延误两天航程。东野隆让程久三无论如何必须在29号到达吕四港，程久三提出条件，东野隆的手下必须帮助船员一起干活通过风暴区，意图在通过风暴区时，发电报给罗祯祥。
