在一次与日军的遭遇战中，国军军官石永凯在被炸翻的军车里救出国军守备司令部作战参谋赵兰蕙。由于日军众多，石永凯率部佯装成日军中岛联队的工兵部队才得以突出重围，并在途中救下守备司令部的张司令。回到参谋部后，石永凯才从上司蒋家骥处得知，张司令身上竟然带着南京防御作战的全盘计划。但是石永凯又对救下张司令的过程感到蹊跷，因为张司令当时的车顶有明显给日军飞机轰炸的新标记。军校举行扩大总理纪念活动，石永凯被安排带特务连保卫。活动现场，石永凯发现一个疑似日军宪特的人，但因为未带枪而没有现场将其抓住。由于涉事严重，上级专门设立了临时调查组，并令赵兰蕙任组长，石永凯任副组长，限期破案。赵兰蕙把一家山货店当成日本特高科的秘密联络点，却被石永凯否定，原因在于日本特高部门行事缜密，不会在如此冷清的地方设置联络点，太容易引人怀疑。石永凯提出调阅那天参加活动的所有人的档案，赵兰蕙却要去查货运公司。临时检查突然发生，让准备给新四军运送电台的新四军地下交通员袁玉婷躲避不及。紧急之下，袁玉婷武力逼迫石永凯把电台以宪兵队货物为名运走，而她不知道的是，石永凯的真实身份也是共产党员。石永凯发现一处院子有日军电台信号，遂带兵包围，正欲拿下时赵兰蕙不小心手枪走火，不得已与敌军交战。
赵兰蕙的“失误”导致里面的日军将电台和密码本全部毁坏焚烧并逃走。守备司令部李凤成司令把石永凯从临时调查组重新调回到教导总队。石永凯率部与日军永野秀一部展开战斗，永野凭借坦克炮兵的支援不把国军放在眼里，于是钻进了石永凯设置的圈套，紧急时刻坦克上的机枪传动装置失灵，永野急忙下令撤退。一名士兵抱着炸药包钻进永野的坦克底下，吓得永野赶紧撤退。通讯兵向蒋家骥报告石永凯的状况并请求炮火支援，但是蒋家骥却收到了撤退命令，且不要说炮兵，就连预备队都已经消耗完毕，但为了让石永凯顶住，他命总队长侍从室中尉侍从官杨卓如带上所有参谋人员前往支援。新四军袁修国所部得到命令，为国共合作的国家利益为重，令妹妹袁玉婷带部赴南京协助国军突围进行伏击。而南京阵地则刚刚从炮火中暂时喘息，石永凯对炸药的英勇行为十分钦佩。
沈越之混进南京待撤退的焚烧密件处，被便衣发现，只好往宪兵司令部逃离。便衣不明情况地冲进李凤成房间，结果被臭骂。石永凯部和日军陷入厮杀，而日军给前线运送军需的一辆卡车则与袁玉婷无意间遭遇并被截获。杨卓如带队赶到，表示是打是退都听从石永凯，并建议先跟兄弟部队联络防止落单。炸药过去查看，发现旁边的工兵阵地早已没人，只剩下坚固的防御工事。为保存有生力量与敌人血战到底，石永凯令兄弟们挪到工事里，准备打一场伏击。炸药又告诉石永凯他回来时发现后山有支规模不小的部队，但没看清序列，担心是日军在包抄，因此建议先撤退。却被石永凯大骂，必须与南京城共存亡。进攻的日军朝工兵阵地前进，不慎进入雷区。石永凯下令猛打，日军猝不及防只好后撤。日军军官则判断出阵地上很可能并非工兵，而是作战部队，于是通知炮兵进行轰炸。而后山行军部队的军长从勤务兵那得到前面消息，派出特务连前去侦察敌情。而日军则正在对石永凯阵地发起猛烈进攻。石永凯在友军的帮助下逃到新四军驻地的收容所，石永凯负伤。石永凯和负伤的国军士兵一起，被新四军司令同时也是袁玉婷的哥哥袁修国安排袁玉婷照顾。
收容所里，石永凯和袁玉婷互相质疑起暗杀的事，怀疑对方是日本特务，石永凯心里明白，他必须向组织说明清楚。袁修国叫袁玉婷去拿自己收藏的烟丝给石永凯抽。警卫员邱巧凤却以石永凯是国民党反动派为由阻拦袁玉婷。正争执，卫生来喊走袁玉婷去救治危机伤员，拜托邱巧凤把烟丝带给袁修国。不料烟丝全被邱巧云糟蹋，被袁修国气得追打。石永凯去找袁修国却被邱巧凤拦住，邱巧凤一心想要给石永凯一个教训便语言挑衅单挑。恰巧袁修国来到制止。袁玉婷过来准备带邱巧云去敌占区石埠的日本药房桥采购要求，石永凯以自己会说日语主动要求同去。石永凯乔装成日本军官去药店取药，日本老板山本坚持要跟他一起去取钱。半路上山本感觉不对正要质问石永凯，却反被制服并掩藏。此时伪军突然出现，刚要查看真相，被埋伏在此的袁玉婷和邱巧云抓住。石永凯念伪军也是同胞将其放走。袁玉婷穿上自己缴获的日军衣服准备和石永凯一起进城。石永凯一行人弄来药品，部队要在表彰大会上对他进行表彰。但石永凯想到自己曾经亲眼监刑处死过自己的同志和错杀了沈越之，不禁自责。而表彰会的领导则说出沈越之存在并未牺牲的可能，且有叛变的嫌疑，并要求他这次回去彻查赵兰蕙的底细。袁玉婷对就这样放石永凯走不解，袁修国告诉她石永凯的资历要比她还老，且“燎原者”是其介绍人，其行动代号是“伏击者”。还告诉袁玉婷将把她派去延安学习。石永凯回到国军部队，受到了党务调查委员会对他擅自突围的审讯。
党务调查委员会对他在新四军的经历颇感怀疑，并进行了各种调查。而他原来所属的教导总队已和四十六师合编，总队长也被调到二十七军当军长，而师长则是李凤成。就这样，石永凯在这见到已经升官的张卓如，同时被李凤成安排为四十六师新兵训练处的排长。杨卓如带石永凯去水兵俱乐部喝酒。赵兰蕙的突然出现让石永凯想起了之前的各种可疑之处。石永凯问起撤退时杨卓如还有士兵炸药的情况，杨卓如把他们和鬼子混战和游过江的逃命经历一一说出。石永凯在操练士兵，被赵兰蕙找过去见到了沈越之，这令石永凯十分震惊。沈越之说当时是赵兰蕙设计的苦肉计才帮他脱险，而如今其将军委会举办的特种培训班，想让石永凯担任行动教官，主要反共防共。由于是上层康泽亲自下的调令，石永凯不愿领命却又无可奈何。这其中既有沈越之的真真假假，又有赵兰蕙的计谋，石永凯将这些向袁修国报告。袁修国提议找时机除掉沈越之。沈越之向石永凯打听“伏击者”陈重阳的下落，石永凯假装一无所知。沈越之猜测石永凯可能就是“伏击者”。为应对日伪和汉奸对延安的破坏活动，袁玉婷被调到边保工作。有特务试图突袭开会的边区领导而被抓。袁玉婷审查出沈越之是日本特高科的情报员，隶属于“淑女”情报组织。炸药并未死，他闯进南京国际安全委员会理事费吴生的家，以南京地下抵抗组织委派的身份来找他，要他把雨花台兵工厂火药库的情报传给国军。李凤成安排石永凯派教导总队去炸毁雨花台军火库，正巧袁修国也需要派人找回曾经被藏在南京地下交通站的电台和密码本，石永凯主动请缨。
赵兰蕙告知石永凯沈越之会安排他在南京行动上的所需。石永凯惊讶于沈越之也去。赵兰蕙告诉石永凯自己正在破解共党密码，破译后交给他，这样石永凯便可凭嘉奖官复原职。赵兰蕙向石永凯表白，且表示如果他怕死不想去的话，自己可以找别人去，被石永凯拒绝。石永凯送赵兰蕙回去的路上遭人袭击晕倒，赵兰蕙及时把他送到医院。石永凯问起第一次见面时她到底去做了什么。赵兰蕙只说奉命执行任务。她把自己的手表送了了即将出发的石永凯。石永凯向杨卓如询问此次一同前往的沈越之是否可靠后，为以防万一又要来国际安全区临时交通的费吴生的地址。石永凯在路上帮助被日本兵追赶的妇女而被追，他用随身带的钱财从石尾那换得安全区的临时通行证进入费吴生的家中。他在这里见到了同来联络的炸药。费吴生把拍到的日军屠杀上海的惨烈照片给了石永凯，让他不惜一切代价将其公之于众，同时请求他们搞一些事物分给难民营里的人。石永凯他们凭一口流利的日语假装给长官送情报的日本兵，糊弄开补给站的日军哨兵，进入了交通站内部。
日军进行紧急演习，所有人紧急出动，石永凯几人却趁乱靠近机房。看门的士兵见状呵斥，一军官刚要盘查，突然想起爆炸声，日本兵瞬间乱作一团。炸药此时开着一车的补给过来，拉起石永凯往外冲。费吴生嫌车开得太慢，要自己来，却把车不小心弄坏。几人只好弃车而去。日军办公室，士兵报告是一伙人杀了日本兵后夺了军装佯装成日本兵所为，沈越之他们很有可能是国民党，决定用自己掌握的地下联络渠道来引诱。中共叶主任派袁玉婷马上赴南京，配合石永凯恢复地下交通站。沈越之故意电告赵慧兰石永凯有可能已经死掉的消息，李凤成责令其尽快查清情况，但赵兰蕙却提出如果验证其就是“伏击者”陈重阳则处决，如果不是则可以好好利用。石永凯去共产党原地下交通站打听，得知已被日军封了后立马撤离。然后他又佯装成日本并找到石尾，利用其喜欢做生意喜欢钱的特点，提出让其帮忙把朋友“骨灰”运往江北。石尾同意成交，但是在上小艇时还是遭到盘查。袁玉婷到达《泰东日报》后，得知主编周永民和日军军官永野秀一是亲戚，故想利用周永民查出沈越之的线索。而其实沈越之早就得到了袁玉婷到达南京的消息，也是想着利用其没有城府的特点挖出与之联络的其他共党地下人员，于是安排周永民记录下袁玉婷的一举一动。
石永凯担心费吴生的住所不够安全。费吴生又推荐一处自己以前佣人住的地方，还提出利用每天训练的日军飞机炸掉雨花台军火库的办法。想好让地面导航站引导轰炸机中队的错误信息炸军火库的方法后，石永凯叫让炸药搞日军服装，留作第二天用于混进导航站。周永民喜欢上袁玉婷，又是关心又是送她回汇龙饭店的住处。沈越之得知了袁玉婷的住处，考虑到酒店老板是英国人，他让永野安排人将袁玉婷从里面赶出来。永野把日本亲王的随行武官安排住在汇龙饭店，不巧却发生反战分子袭击的事。周永民和袁玉婷趁乱拍新闻照片，被日本宪兵抓起来。永野以把自己在汤山的房子借给周永民用，倒逼袁玉婷从汇龙饭店搬出。同时他又亲自审问，也没有得到什么有用的结论，只好将其释放。周永民把拍到的照片发在号外上，并帮袁玉婷在号外上登下石永凯的寻人启事。周永民在住处给袁玉婷烧菜被周太太发现。两人合力将周太太绑了起来。这时，乔装成日本军官的石永凯找来把袁玉婷救走，安顿在白衣巷。这让因没经新闻审查就刊报导致生气的永野和沈越之一同前往扑了个空。周永民和太太在宪兵处因袁玉婷的事互相大骂。永野则立马安排人搜寻袁玉婷，并准备用测谎仪试试看周永民到底知不知道袁玉婷藏身何处。
尽管在药效作用下，周永民对永野的回话仍驴头不对马嘴，让永野无可奈何。费吴生借来贝拉先生的汽车，带着乔装成日军的石永凯和费吴生出发去日军导航站。在导航站，面对永野的盘问，费吴生假装成德国《民族主义报》的记者，谎称来专程采访亲王阁下。永野看到车牌是德国制造，并向报社打电话求证，所幸没有发现。但永野却对石永凯怀疑起来，最后在不知真相的石尾的帮助下得以蒙混过关。不断有人袭击日军让永野疲于应对，他不断派出部队抓捕，却总也抓捕不到。他猜测袭扰者是专业军人，便不断增加兵力，因此放松了对石永凯他们的警惕。导航站里，几人遇到在里面为日军工作的中国技术专家肖汉乾。他自诩为反战主义者，倡导中日和平，认为两国应该情同手足，却看不清日军所谓大东亚共荣的侵略本质。导航站里有一个小孩手戴太阳旗臂章，费吴生教育他是中国人，中国没有灭亡，作为中国人就不应该带这种破东西，以此教育麻木的肖汉乾。石永凯从肖汉乾那里打听到日军飞行员的训练内容和三个轰炸机队的部署情况，但提出要肖汉乾帮更深层次忙的时候，对方却表示自己从未伤害过同胞，如今之所以委身于此是因为要照顾老母亲。为了母亲，他不能死。
突然警报声响起，日军赶来。紧急时刻有人突然出现，用掷弹筒重创日军，使得石永凯他们得以逃脱。日军死伤多人，乱作一团，袁玉婷趁机出现在石永凯面前，他们才知道原来那个袭扰日军的人就是她。由于日军加派了兵力搜索，而他们只有弄清楚日军的部署才能顺利逃脱，而想知道部署就需要一部电台。石永凯想到一个训练时候的方法，他们来到半山腰，找到了日军的一个流动哨。流动哨的防卫并不严密，几人在相互配合下拿下了日军。肖汉乾从日军军营里带回剩下的饭给母亲吃，被母亲大骂。肖母责令他背功课，背岳飞为大宋江山宁死不屈精忠报国的气节，好提点儿子不忘国耻。费吴生对第一次亲眼见到共产党战士的袁玉婷兴奋不已，他从任职于西门子公司同时是日军技术顾问的朋友雷伯那里搞来了雨花台军火库的内部照片，其规模和坚固程度让几人惊讶。石永凯思索着日军航空大队和中队的飞机总量和载弹量，心里盘算出一套炸毁兵工厂的办法。石永凯去找肖汉乾帮忙进入导航站，但是肖汉乾担心掉脑袋不同意。石永凯想用国难廉耻来动员他。没想到他心意已决，宁愿抛弃民族气节甘愿做个汉奸。炸药听了提出利用他母亲来策反肖汉乾。
