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1938年上海林楚峰站在戈登路122号风华电唱机行门口,这是上海地下党设立在租界的秘密情报点,负责人顾一白是上海地下党的重要领导,也是林楚峰的上级,林楚峰看到顾一白给自己发出明天下午三点见面的信号。隔天下午三点林楚峰是到唱机行去见顾一白,此时的日本特务小野正准备抓捕顾一白。顾一白告诉林楚峰为了方便他的工作上级派了一位女同志以妻子的身份协助他的工作。顾一白和林楚峰在二楼谈话时,楼下已经出事了,日本特务已经出手。顾一白赶紧让林楚峰先离开自己掩护。林楚峰在街上亲眼看着顾一白牺牲在敌人的枪口下。林楚峰想着顾一白刚刚和他说的话,顾一白告诉林楚峰组织上决定唤醒他,主要任务就是获取德日的战略情报,第一个任务就是搞清楚武汉会战日军的战略态势。在香港中共地下党冷梅准备到上海和林楚峰假扮夫妻。国民党军统特工汪道龙因为个人恩怨要刺杀小野,这会破坏整个大局,卫先生派欧阳云朵阻止到上海阻止汪道龙的行动并告诉云朵有一个叫刘福林的在码头接她。
小野从车上只搜到西瓜,无奈只好放行,云朵在盘查时猜出电台放在油箱中,都是林楚峰改造的。云朵给上级发报和上级取得联系,上级同意她和林楚峰假扮夫妻。冷梅情急之下只能用最原始的方法和林楚峰取得联系,而杨涛熟悉我党联系方式,他一直盯着各个布告栏,杨涛发现那份启示后交给小野。林楚峰看到布告栏的告示后才知道冷梅是他的接头人,云朵认为冷梅的做法太过愚蠢。冷梅给领事馆打电话也是迫于无奈,李姐让她安心住下。林楚峰准备按信号约见冷梅,日军已在那里布置好埋伏圈,冷梅要将国民党叛徒钱俊杰到达天津前将情报送出去,林楚峰想尽快与组织取得联系,这是他唯一的机会,云朵想阻止林楚峰和冷梅的接头,那样也是救她自己。云朵给刘福林打电话用暗号接上头,刘福林按她所说派人去了天源茶社。冷梅先来到天源茶社,她刚一进门就被特务盯上,林楚峰没有直接进去,冷梅出门后走向他,云朵安排的人引爆炸药后两人分头离开。林楚峰回去后被云朵指责,他同时出现在码头和茶社前被小野怀疑。小野派人调查在纺纱厂工作过的所有人,李姐也被人跟踪。
林楚峰担忧生日到后会和云朵举行婚礼,磁石让他做好思想准备,林楚峰为了拖延结婚准备把云朵先支开一段时间,云朵听完他的话有些生气。克劳斯来到后见云朵和林楚峰在争吵,林楚峰解释的理由是云朵的母亲病危,克劳斯也劝云朵回家,云朵假装哭泣说她来上海前母亲已经过世,克劳斯要给她买票回去。云朵手上的东西让克劳斯认出和柏林菲舍尔家族有关系,克劳斯就是菲舍尔家族的成员,他从小就听父亲讲那些故事。林楚峰出没想到云朵会提出尽快完婚的想法,她还让林楚峰着众向她求婚,克劳斯代表家族让林楚峰必须那样做,林楚峰面对克劳斯的质问只好说出他爱云朵的话。林楚峰单膝跪地向云朵求婚,众人鼓掌。回去后林楚峰指责云朵的做法,她的家人多年前都死在日本人手上,云朵相信林楚峰都在她的掌握之中,林楚峰让她不要碰冷梅,云朵将假扮夫妻的协议拿给他看,林楚峰又补充几条,他以后要睡在客房。克劳斯劝林楚峰尽快和云朵结婚,他安排林楚峰为保安处东方科特勤人员,林楚峰也是保安处为数不多的华人,他将得到一笔活动经费。
小野在克劳斯施加压力下只好派人拆除对林楚峰和云朵的监听,等小野走后云朵向林楚峰问起婚礼时间,她想把仪式搞的隆重一些,花费均摊。磁石和冷梅接头后通知林楚峰在醉白池公园见面,云朵看到林楚峰后要求和他一同前往,他们在约定地点见到冷梅,冷梅将钱俊杰被捕的情况说明,云朵听完后马上和上级取得联系。令云朵震惊是冷梅的行为,她对策反林楚峰产生怀疑。刘福林用酒祭奠死去的兄弟,杨涛在路上见到云朵后想起那晚的黑衣人,云朵发现被跟踪后和别的女人换了衣服离开。云朵让刘福林想办法给杨涛制造一场意外死亡,杨涛果然中计而死,表面上看上去像是个意外,小野怀疑是个阴谋。云朵被卫先生问起策反林楚峰的情况,他只要结果,云朵还是女儿身,她保证完成任务。
云朵伪装吃醋找川岸哭诉,真实意图是抢接林楚峰打给川岸的电话。林楚峰在赴约前被领事馆叫走,冷梅为给他争取时间而主动撞上川岸的汽车。林楚峰成功赶赴约会并设法引开川岸,云朵趁机偷拍川岸手中日方御前会议的内容。小野派人刺杀汪道龙,此时云朵出嫁的马车经过,她亲眼目睹汪道龙被杀。林楚峰抢先拿走情报却在现场留下指纹,日方为了查出他的身份开始设法收集指纹。
日本人对指纹进行分析后确认就是林楚峰动过那块砖,小野派兵拦住他的车,林楚峰和云朵被抓走。冷梅在街上看到后告诉刘福林,她想让汉德去报警。云朵在审讯室假装不安,小野通过墙上的玻璃观察她,他派人先给她端去一杯茶,云朵知道审讯时的一切手段,她决定适当地表现出惊慌失措。冷梅放开汉德,汉德跑向克劳斯那里。云朵在审讯室里不断被盘问,她看到汪道龙的照片后表示见过。克劳斯看到汉德后知道林楚峰被小野抓走,他跟着汉德赶往日军那里。林楚峰被审讯,汇丰银行的账户是克劳斯给林楚峰设置的,主要用于搜集情报,林楚峰准备用这一点让日本人搬石头砸自己的脚。小野拿照片给林楚峰看,还说云朵已经全部交待,小野质问他的指纹为何会出现在那块砖上,林楚峰解释了王道龙向他借火之事,他面对讯问冷静地回答,克芝斯率人闯入小野那里,林楚峰和云朵被释放。
林楚峰和克劳斯要上飞机时得知加油机坏了,暂时加不上油,飞机起飞的时间要延误。林楚峰看到丁记者后上前询问,回到座位上后向克劳斯说起有人要刺杀佛德。丁记者从机场回来后被安排到南京。刘福林喝酒时被冷梅劝说,冷梅见到云朵后索要药物,她在接头时早到五分钟被去朵提醒要注意安全。冷梅将药带给刘福林,卫先生让云朵通知刘福林去香港,云朵按命令将消息传给冷梅。冷梅回去后发现云朵来过的痕迹,她相信香港之行肯定不简单。林楚峰相信小野时刻在盯着自己,他将电报发回,小野看到后不解其意。林楚峰故意念报纸给克劳斯,目的是让克劳斯相信德国特使有危险。刘福林告诉房东周太太说要和表妹一起去乡下办事。林楚峰给警察局打电话说兴隆客栈有暴力份子,警察赶快到后房间里的炸药没爆炸。林楚峰借上洗手间之机和冷梅见面,两人相拥而吻,冷梅将其中的怀疑告诉林楚峰,林楚峰清楚重要的是保证德国密使的安全,任务完成后要将刘福林之前将消息传出去。
小野认为云朵不是共产党,他让信子继续保持接触。林楚峰听云朵说起小野住在家隔壁,云朵准备去电信局将电报存根拿回,她要出门时遇上小野,小野谎称已经代收。冷梅想找云朵问清楚,刘福林拦住她,他保证那晚什么都没干。云朵让刘福林解释清楚,刘福林怀疑给电台打电话是林楚峰所为。刘福林劝冷梅不要生气,他打开房门时发现冷梅从窗户离开。冷梅在街上找到云朵后骂她无耻,林楚峰有些意外,信子的到来让冷梅调头走开。刘福林找到冷梅后提醒她注意保密条例,冷梅的做法有些冲动,刘福林想包揽责任。小野和信子来到林楚峰家里吃饭,小野向他们问起何时要小孩,云朵以战乱为由进行推托。冷梅在窗户外看到林楚峰和云朵在一起跳舞,刘福林见她跑开后跟随过去,冷梅误会了林楚峰,她不知道屋里还有小野也在跳舞。冷梅站在窗口心情难以平静,她脑海时一直出现林楚峰和云朵跳舞的场景,林楚峰的出现在楼下让冷梅心情突变,她理解了他的做法。
小野通过望远镜看到林楚峰的身影,林楚峰见到赵子豪后听说竹下高价租了摄像机,冷梅没找到第四个狙击点,她见到陈林峰后被安排跟踪任务。信子悄悄来到林楚峰家门口打探情况,云朵带着狙击步枪赶往狙击点,冷梅看到赵子豪将摄像机交给竹下。小野发现狙击手出现后命人马上行动,林楚峰突然出现杀掉使用摄像机人员,还处理了那些胶片,他提醒冷梅注意安全,冷梅没开枪就撤退。小野使用的另一摄像机只拍到一个女人的背影,他感觉像是云朵。郭木天有些惊恐,小野让他提供更多的情报,郭木天知道丁明德可能得卫先生有接触。丁明德被日军抓获,他交待的事情中让竹下感兴趣的是机场那次会话,丁明德怀疑林楚峰是军统潜伏人员。林楚峰见到云朵后知道丁明德还在上海,是刘福林看到,只是不知道丁明德的目的。云朵收到情报后知道丁明德根本没回南京,她为了林楚峰的安全想要杀人灭口,丁明德的出现严重威胁到她和林楚峰的安全,云朵必须确保自己的安全。
林楚峰告诉小野说鲍尔医生不给日本人做手术,因为日军进攻青岛时杀害了鲍尔的弟弟,他曾发誓不给日本人看病。小野没从国内找到手术专家,他来到医院时见云朵守在信子的病床前。林楚峰见到鲍尔医生,鲍尔医生愿意帮忙,林楚峰让他等手术时按自己的方法办。林楚峰回去后向小野汇报鲍尔的想法,小野担心那批药品落在共产党手上。小野对鲍尔的帮忙表示感谢,他让竹下通知林楚峰来办理药品手续,丁明德在半路的出现让林楚峰有些意外,丁明德向他说起郭木天叛变,小野和竹下在一旁偷听,林楚峰故意说给他们听,小野感觉有问题,他抄近路回办公室。林楚峰突然在路上说丁明德是国民党特务,日军将丁明德捆绑起来后带到小野办公室。丁明德在小野办公室里指认林楚峰,林楚峰的反问让丁明德无法解释。林楚峰质问小野,小野知道林楚峰在街上已知道丁明德叛变,他准备将郭木天叫来。郭木天出门后被刘福林盯上,刘福林派人挡住郭木天乘坐的汽车后在途中将他悄悄杀死。