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该剧讲述了20世纪50年代，从抗美援朝前线到西南城市巴州市公安局任二科副科长的陆飞（刘小锋 饰），与战友们一起与国民党特务组织“玫瑰旅”斗智斗勇，最终破获敌特，保卫巴州安全的故事。
在市人民医院，公安局侦讯科科长董成布置了一次以女特务邓有恩为诱饵的抓捕特务行动，一名戴口罩的医生拿着一个信封交给副院长赵金迪，说市公安局的人让她转交给邓有恩。邓有恩接到信后逃脱了，信里发现了一颗子弹和一张带血的照片。赵金迪以特务的名义被逮捕。志愿军转业军人陆飞通过组织找到了他的母亲，在母亲家他看到了侄子和侄女。组织说他本名刘宗震，母亲叫赵金迪。
审问告一段落后，赵金迪让陆飞回家去见他的妻子，林秋影，但是陆飞从未结婚，于是陆飞报告了上级，同时去见了林秋影，二人把话说开了，林秋影一口咬定自己是刘宗震的妻子。于是二人去了公安局，经验定，陆飞并不是刘宗震，是民政局的失误。陆飞送林秋影回家，中途林秋影发现陆飞病了，送他去医院，陆飞趁林秋影不在跑了出来。林秋影发现后跑出去寻找陆飞，两人相遇后，被一辆卡车撞了。
陆飞跟科长请示希望主审他的母亲陆飞和董成用了很多方法希望从赵金迪口中套出口供，可是赵金迪没有任何纰漏，反而和董和陆述说自己以前的事迹。陆飞见审不出话，就把董成叫了出去，希望改变策略，先认赵金迪为母，再动之以情，董成同意了，母子2人在狱中相认。但陆飞大公无私，继续审问赵金迪，董成以陆飞的前途逼迫赵金迪承认是间谍，赵犹豫了。审问告一段落后，赵金迪让陆飞回家去见他的妻子。
陆飞与林秋影达成共识，和他假扮夫妻，用养伤的名义在着家贴身监视赵金迪。陆飞训练着林秋影，做一切准备，但林秋影始终不能进入状态。赵金迪留给林秋影一封信，林秋影相信赵金迪所说：董成是特务。但秋影追踪敌人的时候却被擒获，陆飞为了救她而惨遭杀害，林秋影悲痛欲绝，没想到陆飞一骨碌爬了起来，原来这也是训练课程。林秋影经过这次刺激，果然悟到了很多，她学会了侦察行动，却始终不能适应和一个陌生男人装做夫妻。
陆飞和林秋影逐渐产生了情愫，因公事中不可掺杂私人感情，陆飞要求回避这个案件。正在这个当口，医院逃出的女特务邓有恩携带炸药混入公安局。陆飞智勇双全，制住邓有恩，从她的口供中，发现了一个叫做玫瑰旅的极端特务组织，头头叫做胡凌。公安局安排投诚的邓有恩去赵金迪家试探情况，而陆飞也被部长命令继续和林秋影假扮夫妻，监视赵金迪。
到了约定时间，邓有恩并没有出现在赵金迪家，他在赵金迪家后面的废屋上吊死了。董成认定赵金迪就是特务，要立刻逮捕她。陆飞坚持要等赵金迪和玫瑰旅接头，坐实了证据以后才实施逮捕，两人发生了激烈的冲突。上面下来两位老首长，力证赵金迪是我党打入国民党的地下工作者，还曾经救过他们两个人的性命，洗脱了赵金迪的嫌疑。邓有恩的尸体上出现了一些红色斑点。
陆做模拟调查，排出可疑蓝纱巾人，董很抵触。洗澡时陆看到董后颈有伤，要顾雨岚找秋影调查，得知放枪进包的是女人。董说那天下车后邓有话说，趁董弯腰下了董枪，有人在背后说，别杀他，他不该死，董昏迷前模糊看到一个女的围着蓝纱巾。陆、董感到秋影那天有打昏董的机会，派人监视她。秋影冒充玫瑰旅的，被赵识破，并承认和陆监视赵。她和胡凌关系到家里谈。可赵突然跳入河里，秋影跟着跳下救人。
董听秋影声音像蓝纱巾，自己枪在她包里，分析是她把赵推下河的。邓有恩和邓梅屏在医院出事，林有机会。林动机不充分。秋影重演之前和赵在一起情况，在河里是围蓝纱巾人救了她，买蚊香迟了是为买皮鞋。经核实那双鞋已被蓝纱巾买走。董接一女人电话，说又把一人变成红斑尸体。陆跟踪蓝纱巾，弄清她是医院郭倪大夫。苏联专家柳德米拉来帮助提高侦破技术。女人电话说已有四个红斑尸体了。
陆发现起火救出秋影，戴蓝纱巾郭倪中毒，这时说第五具红斑尸体电话又来了。苏专家测谎仪用在秋影、郭倪身上，秋影在送陆鞋盒上看见字条叫她下午去这个地址，郭倪不放心也去了董送给郭笔和本道歉，说她围上蓝纱巾好看，请公交车乘客来认都说不是。上级不让用测谎仪。陆对顾部长说案子破了把假夫妻变成真夫妻。陆是柳德米拉父亲的学生，两人见面很亲热，柳和丈夫要陆、林两人表示是否相爱。
郭倪日记记载在工业局家属后院曾见女鬼，陆要拍照董反对。陆回忆在朝鲜战场任保卫干事，发现可疑情况，建议转移指挥部，遭司令员批评，因自己没有坚持，指挥部被炸，损失惨重。鬼出现了，仅拍下一张不清楚照片。陆去秋影家乡调查，见到曾是特务的其叔林燕国，其妻子出外假装被杀。
知情人装傻卖乖，不肯吐露实情，陆飞用计套问出一切。原来玫瑰旅头子胡凌为索取晶毒配方，杀害了林秋影的父母姐姐，林秋影为了报仇，在赵金迪家找到被父亲牺牲前藏起来的晶毒配方，杀死了玫瑰旅特务邓有恩，开始了她的复仇。陆飞正在痛苦中，公安局却告诉他林秋影中毒了。与此同时巴州出现了许多中毒的人，但排查到最后，他们都是玫瑰旅，或和玫瑰旅有关的特务。董成急匆匆要去逮捕林秋影归案。
侦查科的所有同事都要求逮捕林秋影，陆飞痛苦极了，他要求他一个人亲自前去。此时郭倪再次发病，疯狂下在医院纵火，浓烟过后，郭倪不见了，董成认定他去找林秋影。这时的林秋影正痛苦万分，陆飞将一条条铁证摆在她面前，她终于明白婆婆赵金迪当初百口莫辩有心无力的情况了。林秋影在即被带走的一瞬间假装发病，用药物迷晕陆飞，夺了他的枪支逃跑。陆飞苏醒以后被怀疑偷放林秋影，被看管了起来。
很快曲克明发现自己中了晶毒，十分恐惧，他挟持着秋影，表示愿意坦白一切来换取晶毒解药。忽然一个女子冲出，勒死了曲克明，她竟然是林秋影以为已经死亡的姐姐林冬实，冬实为曲克明强迫，过着猪狗不如的生活，现在杀死了仇人，又无颜面对妹妹，纵火自杀而死。很快，秋影的晶毒发作，她险些开枪打死陆飞。在陆飞一句冲口而出的我爱你之下，秋影晕了过去。等她醒来的时候，被告知红斑案彻底结束了。
原来郭倪才是林秋影的姐姐林冬实，所有的一切都是她设计的。林父临死前留下遗言，让他们去刘宏家。林冬实千辛万苦找到了失散的妹妹秋影，姐妹俩设计圈套，潜入刘宏家。秋影不负姐姐的期望，在刘家找到了晶毒的配方。他们靠着这个配方，杀死了那些玫瑰旅的特务，并靠着曲克明的自白，逃脱了人民警察的追踪。林秋影对复仇生涯心生厌倦，林冬实也为了避开嫌疑，前往外地一段时间。
刘宗震不但回家来，还带了新女友金珏。两人一次争吵中金珏错手将刘宗震杀死，目击现场的林秋影出于同情，帮金珏隐瞒了真相。没想到的是，此后刘宗震的鬼魂常常出现在林秋影身边，林秋影几次被吓的心脏病发。林冬实听闻以后立刻赶回，她识破了刘金二人的计谋，原来他们两人也是玫瑰旅控制的人，这次出现就是要害死秋影，结果反被林冬实套问出关于胡凌的新线索，而后又用晶毒杀死了他们。
郭倪与林秋影用晶毒控制金武妻子，得知了金武的藏身的军火库。郭倪用手雷摧毁了它，遭到了金武的追杀。郭倪与林秋影逃到附近的民居躲避，金武将无辜的一家人杀害。陆飞勘察了几个现场，迅速分析出案情的来龙去脉。案情分析会上，顾岩大发雷霆，董成感觉自己越来越不被重视。他找到林秋影，逼迫她随时汇报陆飞的行踪。陆飞看望受伤的林秋影，了解到逼问她的是葫芦两兄弟。
陆飞带领公安人员将老虎花园团团围住，董成好大喜功，率先发起了进攻。金武等特务负隅顽抗，导致公安部队多人受伤，王友才壮烈牺牲，金武以顾雨岚为人质逃脱。顾雨岚幸运的从金武手中逃脱，但抓捕行动彻底失败了。陆飞对董成的行为非常愤怒，要求严惩董成。董成请求陆飞在内部调查会上替他掩饰过错，陆飞拒绝了。董成继而威胁陆飞，因为林秋影有许多可疑之处，陆飞必然受到牵连。
董成命令老赵和刘虎虎监视好林秋影，原来所谓奔丧只是董成引出金武的行动。顾雨岚自作主张让老赵和刘虎虎假扮特务试探林秋影。陆飞被顾雨岚等人带走。老赵刘虎虎假扮的特务被郭倪发现，郭倪和林秋影以为金武追杀而至，想引开董成好进行复仇，董成情急之下误杀了刘虎虎，而郭倪则用董成的枪杀死了老赵。董成无法面对自己害死两个战友的事实，想要自杀，在郭倪的劝告下，董成决定先隐藏事实。
董成持枪质问郭倪，是否在子弹上抹上晶毒。郭倪否认，董成最终无法相信郭倪是制造红斑尸体的凶手。邮递员老胡的女儿胡嘉玲接父亲的班，成为深受群众欢迎的邮递员。但是据金武交代，老胡其实就是胡凌。当陆飞赶到老胡家时，找不到老胡，却发现胡嘉玲的身上出现了红色斑点。街头开始流传传单，扬言胡嘉玲在录制广播节目时会毒发身亡。陆飞分析出这是制造红斑尸体的凶手要引出胡凌。
郭倪假装受伤，告诉董成胡凌已经追杀到此。董成不顾同志反对，带着金武搜寻胡凌。另一方面，林秋影遇到了假扮程公安人员的胡凌，林秋影向董成揭露了胡凌的身份，双方发生了激烈的交火，在十三太保的掩护下，胡凌再一次逃脱。郭倪不听林秋影的劝告，执意杀死胡嘉玲。董成这才明白郭倪就是林冬实，他挡在了郭倪的面前，劝说郭倪去自首，被仇恨冲昏了头的郭倪杀死了董成后逃走。
