1949年，解放大军南下，昆明即将解放，国民党保密局西南特区区长徐远举被捕。国民党西南特区二处处长汤伯凡身为徐远举的得力干将，得知恩师 被捕后，采纳参谋曹政的部署建议，带领部下极力营救。汤伯凡中了解放军营长曹山的埋伏，行动失败，与解放军周旋。副官赖广仁怀疑曹政是叛徒，曹政主张彻 查，汤伯凡击毙内奸陶副官。汤伯凡率部下前往西山取化学武器，被曹山围堵。此时汤伯凡发现，原来一直潜伏在自己身边的共产党卧底竟然真的是曹政。曹政、曹山协力，汤伯凡等 人落网。就在曹政、曹山兄弟二人团聚之时，狡猾的汤伯凡竟然逃脱。曹政奋力追捕，汤伯凡挟持了曹政的弟弟曹山。千钧一发之际，曹政向汤伯凡开枪，不料汤伯 凡却以曹山的身躯抵挡，曹政眼看着自己的弟弟中弹身亡。汤伯凡开枪击中曹政，曹政奋力还击，汤伯凡中枪后掉下了悬崖，曹政也终于倒地。1951年，云南边境。边防战士一如往常守卫在国境线上，然而他们并没有想到，就在距离国境线百米之外的那片密林中，一股国民党残余部队正隐伏 在那里，虎视眈眈地等待着。就在时针指向6点的那一刻，他们向哨卡发起了突然袭击，8名战士猝不及防，在猛烈的弹雨下，全部倒在血泊之中。紧接着，这股国 军残部在境内的七个村落策动了叛乱。
消息传来，令人震惊。仅仅16个小时之后，就要举行云南和平解放一周年庆祝大会。云南省公安厅厅长杜旭原命令治安处副处长万大齐负责维护活动现场的秩序，不得有任何差错。让万大齐没想到的是，活动刚刚开始，一个男人就倒在地上，死在了现场。20多岁的云南大学化学系助教吴敏发现的死者，她积极主动地配合调查，万大齐却一笑置之。死者男性，四十岁，腹部有明显的血迹，万大齐断言他是 被刀刺死的。人群中却突然有人质疑，他根据现场环境推断死者腹部的伤口不会在短时间内致命，所以死者身上一定另有枪伤。翻过尸体，死者背后果然有一个醒目 的枪伤。万大齐觉得这个人过于了解细节，怀疑他跟这宗杀人案有关，于是将他带回云南省公安厅。可是没想到的是，这个男人，曹政，居然是新上任的治安处处 长。吴敏回到家把现场发生的事情告诉父亲吴教授，吴教授若有所思。曹政觉得边防哨所被袭击的事情跟汤伯凡有关，他在曹山墓前许诺，这次绝不放过汤伯凡。万大齐挑衅地告诉曹政，厅长下令，八天之内必须抓到凶手，曹政表示八天足够了。曹政带着万大齐和梁志强再次勘查现场，怀疑现场还有第三个人。梁志强调查出死者名叫钱厚海，抽大烟，有个叫魏永新的定期到他家去卖货。曹政带领大家找到了魏永新。
经审问，魏永新承认自己卖大烟但从来没杀人，他在找钱厚海要大烟钱时撞见了杀手徐三德，因此被追杀。魏永新在被押送往昆明市看守所的途中被徐三 德连人带车冲下悬崖。徐三德到云安旅社和赖广仁接头，赖广仁表示现在就看阿边的了。耿光明回到自己家中边抽烟边听收音机，阿边突然出现，声称代表汤伯凡来 找耿光明要东西。曹政想知道从钱厚海身体里取出的弹头和自己在案发现场找到的弹头是不是从同一把枪里射出来的，梁志强建议联系547厂。邵小毛告诉曹政在市郊农 村发生了一场莫名其妙的火灾，人在屋里烧死了，可是房子一点没烧坏，大家赶往案发现场。关亚弟没找到曹政，告诉万大齐押送魏永新的车在路上出了事，万大齐 前往事发地。时逢下雨，山崖陡峭，万大齐简单勘查现场后离开。曹政等人到耿光明家，发现了耿光明与钱厚海的合影，推断也许魏永新认识耿光明，决定重新提审魏永新。万大齐说雨天崖陡自己没下去，魏永新的尸体应该还在山下。曹政爆发，怒吼万大齐，没有下悬崖怎么能说勘查过现场。曹政亲自下崖复勘，发现魏永新还活着。邵小毛回耿光明家取东西时，发现了鬼鬼祟祟的黄阿毛，于是将他带回治安处。万大齐正审问黄阿毛是如何杀死耿光明的，曹政却说他只是一个小偷，教育教育放了吧。
耿光明的验尸报告显示尸体并不是被烧死的，很有可能是中毒。曹政觉得死者并不是耿光明本人。曹政带着梁志强复勘现场，他们怀疑是耿光明让阿边喝 下毒酒后，两人换装，耿光明烧毁阿边。汤伯凡识破耿光明的计划，命手下到云南大学寻找耿光明。为确认死者的中毒情况，曹政梁志强到云南大学化学系找吴教授 帮忙。吴教授要出差，血液检验就交给了他的女儿吴敏。耿光明佯装成云南大学的清洁工，伺机偷溜进实验室做实验，他要在汤伯凡找到化学武器之前研究出销毁化学武器的方法，却不慎让吴敏收走了自己的笔 记本。杜旭原询问案件进展，万大齐言语中对曹政很是不满，杜旭原让万大齐虚心学习。徐三德进云南大学寻找耿光明，两人正巧撞上，徐三德举枪追杀耿光明。跑 走的耿光明趁吴敏离开实验室的间隙进去寻找自己的笔记本。吴敏回来继续实验，被身后的耿光明吓了一跳。耿光明只想要回自己的笔记本，却被吴敏关进了地下 室。治安处全处大会，讨论案情，万大齐提出凶手可能是同一个人。曹政突然插话，不紧不慢地说我猜耿光明没有死，要赶紧找到耿光明。吴敏问耿光明他到 底想干吗，耿光明敷衍吴敏。徐三德持枪追寻耿光明，一无所获。徐三德走后，吴敏质问耿光明究竟什么情况，耿光明让吴敏帮忙通知公安。
邵小毛接到吴敏的报案电话后告诉万大齐，两人前往云南大学。万大齐勘查现场后让吴敏好好睡一觉就走了。吴敏不高兴地回到地下室，耿光明向吴敏表 明自己的身份。耿光明和钱厚海得知自己被国民党骗去研究化学武器之后，就悄悄地偷出了化学武器，并一直在研究销毁它们的方法。徐三德行动失败，汤伯凡决定 亲自去云南大学。曹政梁志强来找吴敏，发觉有些异样。耿光明在吴敏的帮助下，终于成功找到销毁化学武器的方法。梁志强突然闯入实验室，曹政趁机观察，推断耿光明 一直在云南大学的化学实验室。曹政找杜旭原汇报情况，认为几起案件都和汤伯凡及化学武器有关，杜旭原对于曹政要进云南大学的申请需要向上级请示。认为兵贵 神速的曹政安排治安处的同志们严密控制云南大学，务必找到耿光明。汤伯凡避开治安处的视线进入云南大学，并用马脸引开了他们。吴敏乔装成耿光明的样子出门，万大齐尾随。甩掉了万大齐的吴敏却被赖广仁抓住，幸好 万大齐及时赶到，赖广仁逃走。汤伯凡在吴敏的照片前驻足许久，喃喃自语。曹政发现汤伯凡，紧紧追寻，两人在实验室对峙。汤伯凡承认自己到昆明是来找化学武 器的，还挑衅曹政打赌，看最后谁能拿到这批化学武器。回到云安旅社，汤伯凡手中拿着吴敏的照片陷入回忆。
耿光明从云南大学跑进劳动旅社，一路被徐三德跟踪，耿光明悄悄地藏好自己的笔记本后离开，徐三德并未发现。杜旭原得知曹政没有等到请示就擅自去 云南大学调查，违反了纪律，扣了曹政一个月的工资并记大过。万大齐将赖广仁丢下的枪交给邵小毛，并让他申请去547厂检查一下，看这把枪与杀死钱厚海的枪 是不是同一把。万大齐带回吴敏，审问她和耿光明的关系，吴敏装傻敷衍。曹政进来，得知耿光明也是云南大学的，让万大齐放了吴敏。曹政单独到云南大学找化学系的王主任帮忙查询耿光明的档案。曹政推测耿光明和钱厚海一定掌握着化学武器的下落。要想找到耿光明还得通过吴敏。吴 敏去劳动旅社找耿光明，曹政跟踪她。两人没找到耿光明，但找到了耿光明的笔记本，发现里面藏着一张孙四康的通行证。孙四康，曾经昆明警察局的局长，人称滇 南小福尔摩斯，在英国学过刑侦技术。曹政和吴敏到昆明市一监狱找孙四康，想让他帮忙找到耿光明，孙四康要离开监狱。曹政提出通过公安厅向监狱申请借用孙四康一段时间，毕竟孙四康身 上没有血债，而且又能帮助找到耿光明，杜旭原勉强同意。曹政和吴敏去接孙四康出狱，孙四康西装革履的派头让他们大开眼界。曹政提议先回公安厅，孙四康却坚 持先去小巴黎餐厅喝杯咖啡。
在耿光明家，孙四康用自己破案的家伙什儿让曹政吴敏见识了指纹。孙四康找到了耿光明用来自卫的毒药，而且找到耿光明没带走的钥匙，断定耿光明不 会再回来了。万大齐邵小毛开车前往547厂检验枪和子弹，突然一个脸上有黑痣的人冲出马路，被撞伤。万大齐邵小毛要送黑痣去医院，黑痣却以肚子疼为由逃跑 至547厂宿舍区。白运祥副厂长送给宋广琛厂长的爱人一个坤表作为结婚礼物。邵小毛没有找到黑痣，547厂突然爆炸，万大齐邵小毛驱车前往。白运祥介绍是厂里的弹 药仓库爆炸，四位同志遇难。万大齐请白运祥帮忙做弹道检验后去仓库勘查现场。万大齐怀疑是有人故意把易燃物从窗户扔进去引起了爆炸。弹道检验结果表明两颗 子弹是从同一支解放前国民党军官配备的手枪里发射出来的，但不是赖广仁那支枪。黑痣在等待仙人掌，出现的却是汤伯凡，黑痣行动失败，汤伯凡击毙黑痣。黑痣的死亡现场，邵小毛发现一颗547厂生产的子弹。在白运祥的建议下， 万大齐对547厂内部进行了调查，宋广琛没在厂里，但在他家找到一支枪，万大齐将枪带回。孙四康带曹政吴敏前往教堂找安神父了解耿光明的去向。在曹政和安 神父了解情况时，孙四康怂恿吴敏甩掉曹政。检验结果显示黑痣死于宋广琛的配枪，万大齐立刻申请拘捕令前往547厂。
万大齐邵小毛关亚弟开车前往547厂，邵小毛中途下车到黑痣被杀的现场再勘查了一遍。万大齐关亚弟将宋广琛铐回了治安处。宋广琛对自己被以犯罪 嫌疑人对待很是不满。万大齐询问宋广琛关于手枪、子弹、竹管、黑痣，还有案发时在哪里，宋广琛很无奈。邵小毛调查后回来告诉万大齐，怀疑宋广琛是被人陷害 的。白运祥让王秘书主动到治安处证明案发当晚宋广琛在家。宋广琛被放。曹政孙四康吴敏在劳动旅社入住，曹政孙四康同屋。吴敏尖叫，曹政孙四康迅速赶往，孙四康突然将一支注射器插到了曹政的脖子上。孙四康吴敏留下被 打了麻醉剂的曹政独自在房间，二人离去。在云南大学引开治安处队员的马脸的尸体无故在太平间消失，梁志强怀疑马脸死而复生。吴敏催促孙四康尽快带她去找耿 光明，被马脸听到。马脸向汤伯凡汇报自己如何逃生，正在寻找耿光明的吴敏和孙四康要去云南大学教师宿舍。乔装过的汤伯凡只身前往吴敏家，悄悄拿走了耿光明的笔记 本。曹政醒来，想尽办法让自己被发现并报警。汤伯凡冒充公安，通过云南大学化学系的王主任得知耿光明需要锌白。曹政回到治安处，杜旭原有些担心，曹政保 证，不用多久，耿光明和孙四康都得到治安处报到。孙四康带吴敏去找汪木森寻求帮助。
汪木森带着一只猎狗和孙四康吴敏到耿光明家，通过气味追踪，发现耿光明躲在公安厅对面的旅社。孙四康耿光明冰释前嫌，孙四康吴敏一同帮助耿光 明。耿光明到文化用品店买销毁化学武器的原料锌白，因为需求量大，售货员建议去和平化工厂。暗中监视的徐三德汇报给汤伯凡，汤伯凡下令捉活的耿光明、不许 伤害吴敏。吴敏偷溜进云南大学开介绍信，悄悄把消息告诉曹政。孙四康吴敏前往化工厂购买氧化锌，支票不能当时提货，孙四康打晕业务员前往仓库。孙四康耿光明自己动手将氧化锌搬上车，搬最后一箱时，赖广仁徐 三德马脸持枪追到仓库。孙四康掩护耿光明吴敏，被马脸砸晕。被赖广仁推倒的耿光明摸索眼镜时，汤伯凡出现。汤伯凡劝说耿光明交出化学武器，被 躲在角落的吴敏用棍子偷袭。混乱中耿光明吴敏逃跑。孙四康醒来，三人搀扶着逃命，耿光明不慎摔倒。耿光明在孙四康胸前画了一个十字记号，孙四康吴敏逃离，耿光明被汤伯凡带走。曹政等赶到化工厂， 救下吴敏，带回想要溜走的孙四康。万大齐梁志强在汤伯凡遗弃的卡车上找到云安旅社二零八房间的钥匙牌。万大齐独自前往云安旅社，就在他开门的时候，房间爆 炸，曹政及时出现救了万大齐。曹政在云安旅社现场找到吴敏的照片，觉得汤伯凡会对她不利。
为了保护吴敏，曹政让关亚弟去云南大学帮吴敏请假，安排吴敏先住在公安厅招待所。万大齐通知昆明市一监狱孙四康在治安处，并亲自把孙四康送上 车，老孟带回孙四康。曹政捡到孙四康的怀表，骑自行车追上囚车去还给孙四康，并跟老孟说明，在劳动旅社是他安排的苦肉计，是他让孙四康去找耿光明的。曹政 一直目送孙四康离开。孙四康回到监狱后，发现曹政给了自己很大的尊重，内心复杂。孙四康回想起耿光明说过的，不管自己是生是死，让孙四康一定要和吴敏一起销毁化学武 器。经过激烈的思想斗争，孙四康将耿光明给自己留下的十字线索通过监狱告诉了治安处。曹政无意间听到吴教授和吴敏的对话，觉得有点奇怪。通过吴教授得知， 原来吴敏是吴教授的养女，吴敏的生母是吴教授的学生傅子欣。万大齐得到孙四康提供的线索，自己到处寻找跟十字有关的地方，却没有进展。吴敏将销毁化学武器的方法交给曹政，主动要求跟曹政一起寻找化学武 器。曹政怀疑十字指的是耿光明以前经常去的教堂，然而众人在地下室只找到耿光明的书。暗中跟踪着的马脸把曹政等人去教堂的行踪告诉汤伯凡，汤伯凡试探性地 从受尽折磨的耿光明眼睛里得到确认。曹政怀疑化学武器藏在教堂大厅，要去教堂彻底搜查，杜旭原万大齐都不同意。
