一九三八年八月，西安八路军办事处高级参议宣侠父突然失踪。警察局侦缉队长师应山奉命调查，因涉及日本特工组织菊剑，特去请教赋闲休养的前中统特工武仲明。武仲明虽一副病态，但其专业推断让师应山折服。国民党欲草草结案，引发中共抗议。为平息事态，中统元老葛寿芝被派到西安灭火。葛寿芝向中共推荐三名查案人选，只有武仲明得到认可。西安八路军办事处主任云渠，惊悉武仲明是昔日战友武伯英的孪生兄弟。武仲明旧伤复发被实习医生蒋宝珍所救。

破反专署的办公地点被徐亦觉手下丁一安装窃听器用来监听电话，武仲明心里有数，并不揭穿。西北最高军政长官、西北行营主任蒋敬文接见武仲明，指示宣案方向是日本特工。十八集团军的沈兰的破获敌台的能力受到徐亦觉的青睐，徐亦觉试图把沈兰调派到手下做事。武仲明亲赴警察局接出师应山，又赴十七军团求见军团长胡慕雄。胡慕雄傲慢不见。武仲明指出此案两统皆有嫌疑，师应山是唯一可以帮助破案的人。武仲明赴八办重新调查，发现新线索。

武仲明当即闯入电讯室，徐亦觉闻讯赶到，武仲明当场译出机要电文，显示专业素质。西安城遭到轰炸，石孟向徐亦觉介绍武仲明的功绩，徐亦觉开始重新看待武仲明。武仲明在会议上将调查目标直指日特。刘天章派人给蒋宝珍送花，遭拒绝。当夜神秘信号出现，电台测向锁定信号发射区域，破反专署首次出击，捣毁日特潜伏电台。经过破译，发现一个暗杀计划。刘天章保护蒋敬文撤离，徐亦觉寻找定时炸弹。

蒋公馆设宴庆功，白牡丹封箱明志，蒋敬文将其留在府中。胡慕雄临时赴宴，质疑武仲明能力。武仲明对战局发表独特见解，让胡慕雄刮目相看。蒋宝珍现身，向武仲明发起挑战。武仲明始知蒋宝珍是蒋敬文侄女，蒋宝珍大胆示爱，武仲明逢场作戏，巧妙引导其说出，宣案与日谍无关。蒋敬文心生不快，蒋宝珍言称对武仲明感兴趣，徐亦觉建议武仲明尽快找个理由结束宣案。

武仲明为罗子春设宴接风，蒋宝珍不请自到。刘天章被蒋宝珍的心理分析所降服。武仲明来找石孟，石孟讲述当年经过，说出与师应山关系。蒋宝珍表示想到武仲明身边工作。沈兰质问武仲明，武伯英去向，沈兰情绪失控，石孟与之接头。武仲明得知案情新线索。刘天章和徐亦觉互相推诿。沈兰指责国民党阵营冷漠态度。蒋宝珍突然闯进会场，声称自己是目击证人。蒋宝珍向武仲明表白。

武仲明赴十七军团取证，受到杨辉的热情接待。蒋宝珍引武仲明到茶馆，武仲明从老魏身上，看到与组织接头的信物。蒋宝珍展示偷出来的蒋敬文日记，武仲明感激之余不堪其扰。武仲明与老魏在茶馆接头、拿到了哥哥的遗物。刘天章密见罗子春，威胁他继续留意武仲明。蒋宝珍进入专署，对武仲明公开大献殷勤。蒋宝珍推理出是哑巴更夫可疑，众人惊讶。

武仲明随即宣布联合搜查西安城，悬赏寻找宣侠父。洪老五手下提前一步获取了宣侠父的牙科资料。八办等工作人员全城搜查宣侠父尸体无果。刘天章对于沈兰身份产生怀疑。蒋敬文回归行营，对武仲明严加申斥，命令停止全城搜查。武仲明同师应山怀疑中统与失踪案密切相关。徐亦觉出主意让蒋宝珍以专职医生身份进入专署。蒋宝珍正式加入破反专署。

蒋宝珍提出对哑巴更夫的怀疑。军统截获日特信号，石孟怀疑又出现新的日谍电台。蒋敬文命徐亦觉紧急借调沈兰。石孟赴八办接沈兰，向云渠讲述他眼中的武仲明。沈兰重回行营，武仲明问原由，徐亦觉声称奉命而为，武仲明与蒋宝珍合手审讯，哑巴更夫却毒发身亡。武仲明下令封锁军统监狱，关联者皆要接受隔离审查。。徐亦觉大发雷霆，报告显示更夫所中毒药，为菊剑特用的河鲀毒素。武仲明亲自送蒋宝珍回家，两人感情增进。武仲明向徐亦觉明确提出不与四科争功，徐亦觉感念他的大度。八办接到洪老五的绑架勒索信。

八办自己组织营救。云渠只身赴户县交付赎金。武仲明跟至户县。户县工作站遭到土匪偷袭。武仲明拦住绑匪汽车，化装的丁一等逃离。户县八办工作站被烧，现场遗下一具焦尸，确认是宣侠父遗体。武仲明受到质疑，险被宣侠父警卫员开枪打中，被云渠救下，喝令离开。刘天章在八办的卧底密报，户县的死者为林组长。蒋敬文召集各方开会，称宣案调查终结，并准备召开记者会。会议不欢而散。蒋敬文命武仲明把工作重心转到侦破“菊剑”上。

武仲明向军委发报，不能结案，蒋敬文问责。武仲明问刘天章林组长去向，让刘天章问话徐亦觉。武仲明与徐亦觉因沈兰动手。蒋敬文要求四科独立出来。老魏约见武仲明。武仲明请求让沈兰知道真相，老魏以亲身经历说特工的身份没有真相。军统监狱在押“看守”失踪。“看守”乔装刺杀蒋敬文，被武仲明和徐亦觉及时阻止。

谷夫岩田二命令清除武仲明。刘莉莉身份暴露，徐亦觉清查内部。丁一要先下手为强。武仲明临时出门，躲过日本特工在家门前的刺杀。抗日募捐会上，武仲明与蒋宝珍起舞，沈兰感触流泪。武仲明离场，蒋宝珍表达感情。云来茶馆，中统、军统和日本三方特工汇集。

老魏向武仲明示警，武仲明受伤。刘天章把老魏看守。郝连秀与刘天章处接头，告知说书人的共党身份。刘天章命令手下控制茶馆，以吸引更多大鱼落网。云渠行营见武仲明，期望放过老魏。武仲明婉拒。徐亦觉建议蒋敬文。蒋敬文把老魏交给徐亦觉。刘天章利用蒋宝珍。刘天章带走老魏；蒋宝珍指责刘天章。蒋宝珍斥武仲明忘恩负义。徐亦觉事后向武仲明道歉。

云渠接中央密电，将遗体转给破反专署。众人得知武仲明要重新验尸。武仲明请蒋宝珍帮忙，并承认武伯英是孪生兄长。蒋宝珍被刘天章告之武仲明曾经击毙中共兄长。蒋宝珍将遗骸颅骨与胡慕雄对比检查。胡慕雄表达倾慕，蒋宝珍再度拒绝。武仲明单独面见胡慕雄，制定锄奸计划。老魏承认身份，说自己策反监视武仲明，刘天章却质疑是否有诈。蒋敬文惊悉宣案再启。蒋敬电话追逼刘天章加快审讯进度，以给武仲明定罪。刘天章被老魏拒绝做假口供。

蒋敬文禁止侄女再去专署。武仲明开会通报，遗体非宣本人，宣案重新进入调查程序。师应山以匿名信的方式告诉武仲明案情线索。武仲明从军统调出沈兰。沈做通遗孀工作，开棺验尸，查出死者为毒毙。孙大午遗孀也交待出了洪老五。武仲明立刻布置抓捕洪老五。郝连秀密报刘天章蒋敬文命令徐亦觉阻拦。武仲明被阻拦。蒋敬文携蒋宝珍听审，老魏在审讯中被武仲明当场“击毙”。

武仲明急返现场指挥抓捕，洪老五逃脱。武仲明旧伤发作，被送往医院急救。沈兰听到武仲明呓语，质问武仲明。沈兰被云渠制止。武仲明返家，沈兰被八办拦下。蒋宝珍探病，武仲明命令罗子春送回家。罗子春转向刘天章报告沈兰异常。罗子春清晨发现武仲明神秘失踪，刘天章秘密搜查。蒋宝珍武仲明并未完成治疗，随时可能再发病。蒋宝珍指责刘天章。蒋宝珍负气离家。刘天章截下蒋宝珍，两人联手调查武仲明失踪。

蒋宝珍、刘天章发现沈兰被军统劫持。沈兰被送往秘密基地。蒋宝珍向徐亦觉要武仲明。武仲明以日本籍教员身份现身。谷夫岩部亦接到“菊剑”电报，要求核实教员中村身份。回电立即清除。沈兰在基地捕捉信号。王力鼓动东北籍学员，密谋处决“日本教员”。武仲明再度发病。徐亦觉及时赶到，救下武仲明。王力被捕。沈兰指认日本间谍。报务员服毒身亡。武仲明被军医误诊，蒋宝珍及时赶到，将武仲明从死亡线上拉回来。八办查找沈兰的下落。

刘天章给老魏加上日特共党双重间谍的身份，以求自保。武仲明转危为安，两人感情加深。胡慕雄探望褒奖，透露宣侠父失踪可能与他有关。武仲明把肃奸功劳皆归军统，徐亦觉感动，与武仲明结拜。徐亦觉将武仲明带往基地。谷夫岩部回电，西安“菊剑”组暂停一切行动，电台静默。沈兰再次监听到可疑信号。武仲明推测他们被骗。蒋敬文逼迫武仲明据此反推宣案与日特相关。徐亦觉要求替他宣布。武仲明表面答应，暗中提前拆线，宣布以汉奸通敌破坏抗日罪，通缉洪老五！

丁一搜查，蒋宝珍为武仲明遮掩。罗子春很纠结。洪老五手中埋伏，供出洪老五藏身之地。武仲明再度组织抓捕，消息又一次提前走漏，洪老五逃亡，发誓报复。武仲明向蒋敬文复命，称行营内部有鬼。蒋敬文训斥武仲明，要赶他离开行营。武仲明告徐亦觉，洪老五背后还有主谋。刘天章获悉武仲明秘密。蒋敬文斥责蒋宝珍，蒋宝珍承认爱情，蒋宝珍质问武仲明。武仲明将计就计，对着窃听器迷惑蒋敬文。武仲明拒绝蒋宝珍，武仲明歉意追赶，两人拥抱，被刘天章手下拍照。

武仲明分析当初日特制造混乱目的。武仲明建议徐亦觉上报总局。武仲明当众请郝连秀和他一起去接回沈兰。徐亦觉气疯。武仲明进入基地接出沈兰，把她交给郝连秀。郝连秀假传命令，让她再度潜返基地。师应山报告宣侠父案的进展。徐亦觉得知自己立功晋升。 武仲明称军统与洪老五逃脱有牵连。沈兰再回行营，徐亦觉主动找武仲明和解。武仲明向云渠出示接头古币。云渠问及沈兰去向及老魏的生死。武仲明和组织也完全失去了联系！武仲明与沈兰谈话。武仲明烧毁了密码书。

四科全体获得奖励。石孟和师应山密会，师应山为武仲明不平。武仲明下令抓捕洪老五手下家属，逼看各方反应。徐亦觉对武仲明的行动极为恼火。蒋敬文找来武仲明，声称同意结婚，要求速战速决。武仲明婉言回绝。武仲明向罗子春提出让他尽早结婚。罗子春发现中统控制了小玲。蒋宝珍质问刘天章、。刘天章、表露感情。武仲明亲赴中统，与刘天章破冰。把审讯“王力”的任务交给刘天章。

武仲明言语轻佻，蒋宝珍生气。刘天章给王力打致幻剂。武仲明推断“菊剑”就潜伏在蒋敬文身边！武仲明将此情通告徐亦觉，达成一致。徐亦觉主动找武仲明喝酒，请求他放了在押的黑帮头目。武仲明质问徐亦觉不置可否。蒋宝珍私宴刘天章，判定他背后掩盖着不甘居人下的野心和嫉妒。刘天章坦述自己历史。说武仲明明知查宣案四面树敌还锲而不舍。蒋宝珍迷惑刘天章。刘天章带蒋宝珍潜入武仲明家，寻找证据无果。刘天章出示钢笔证据。郝连秀再次提出结婚被拒，向刘天章诉苦。石孟受命秘密转移设备，察觉气氛诡异。

石孟受命秘密转移设备，借机向沈兰示警。蒋宝珍接触沈兰。沈兰被临时叫来与会。武仲明公开洪老五手下证供；沈兰得知武仲明弑兄。沈兰当场拔枪指武仲明被拦下。武仲明认定刘天章布局。武仲明面见蒋敬文，要求惩办泄密。蒋敬文让他解释与沈兰的关系。武仲明称是徐亦觉非要沈兰来行营工作。行营被轰炸，徐亦觉报告沈兰在轰炸中殉职。武仲明在办公室枯坐，蒋宝珍忏悔，把从胡慕雄处要来的特效药交给他，武仲明愤然销毁。云渠决意要追查沈兰死因，并命令郝连秀把孩子接回来！刘天章让郝连秀监视石孟。

武仲明称病告假，蒋宝珍到武家发现武仲明正用大烟麻醉自己。蒋宝珍安抚。武仲明喊出沈兰的名字，蒋宝珍伤心离开。师应山探望武仲明，发现他连日酗酒。云渠到访行营，武仲明却喝到酩酊，徐亦觉帮他圆场，后将其“打醒”。蒋宝珍也找刘天章买醉发泄。沈兰在基地绝食，徐亦觉请武仲明出面劝导，并告知沈兰有个两岁大的孩子。刘天章将孩子送至武家。

刘天章将陈妈接回武家并试探陈妈。师应山求武仲明调查石孟去向，并给武家加上岗哨。徐石孟离开秘密基地，发现自己已被跟踪，悄悄写下告警密码，旋即被捕，茶馆被彻底查封。徐亦觉亲审石孟，刘天章要人，徐亦觉交出石孟。刘天章刑审石孟，又打了致幻剂，石孟在迷幻中只承认要策反武仲明，又说武仲明杀兄禁嫂。刘天章由此惊悉沈兰居然没死。刘天章申请处决石孟，由武仲明执行。武仲明向葛寿芝报告自己众叛亲离。葛寿芝透让武仲明放开手脚，不必有任何顾忌。

武仲明和石孟最后对话。石孟痛斥武仲明。武仲明在大雨中为石孟送行。武仲明发现刘天章把陈妈接回家中。蒋宝珍把孩子抱走，武仲明寻至公园，再度病发。武仲明被送到医院。武仲明醒来，发现自己在蒋宝珍车上，蒋宝珍则声称给他打了吗啡。武仲明明白蒋宝珍只是调戏，两人意味深长对话。两人同赴华清池，蒋宝珍执意要登骊山。白牡丹得知武仲明上了骊山，发报传信。沈兰侦听到可疑信号，密码破译可能出现重大转机！

采药人发现。罗子春透露武仲明不在西安。罗子春企图和小玲洞房遭到遭拒。洪老五出现在武家大门外……武仲明和蒋宝珍遭遇“警卫”袭击，蒋宝珍受伤。武仲明护着她一路与杀手搏斗。采药人与杀手滚下深渊。武仲明在采药人身上发现接头古币。蒋宝珍伤势严重，入院急救，师应山告知武仲明陈妈被害，阳阳失踪。武仲明随师应山发现石孟留下的密码，得知知蒋宝珍与沈兰皆以不同方式保护过他。武仲明表白真情。

胡慕雄派兵进驻武家确保安全。武仲明请胡慕雄帮助。蒋宝珍负气留信出走。蒋敬文向蒋宝珍解释。胡慕雄赴医院探望。罗子春向武仲明忏悔。武仲明却赶他回中统。小玲向蒋宝珍诉说陈妈被害当晚的实情。师应山积极操办葬礼，蒋敬文胡慕雄皆派人吊唁。云渠应邀前来，武仲明承认阳阳在血案中失踪。武仲明出示洪老五的勒索信，让八办不要插手，云渠勉强同意。徐亦觉派丁一去找洪老五谈判，用委任状换回阳阳。阳阳回到武家，因惊吓不吃不喝。

蒋宝珍派人来接阳阳，又留下孩子血样，武仲明表达感谢。小玲向刘天章通风报信，被武仲明控制，罗子春得知小玲已经被郝连秀发展为中统、中共双料特工。罗子春被武仲明重新收服。武仲明设计抓捕郝连秀，审出武家的凶杀案。云渠、刘天章和徐亦觉赶到警察局，隔门听审。郝连秀承认找小玲接头，杀害陈妈。郝连秀声称他是中统特工！郝连秀交待让小玲监视武仲明是否通共。罗子春将郝连秀一枪毙命。武仲明事后听徐亦觉讲述整个过程，驱车前往石孟牺牲地。刘天章接蒋宝珍出院。蒋敬文给破反专署下达秘密行动。

蒋敬文给破反专署下达秘密行动。白牡丹窃取秘密行动的情报。白牡丹将情报送出。蒋宝珍叔父重新打回破反专署，徐亦觉受命监管。蒋宝珍重返专署后，对武仲明和徐亦觉语出刻薄。武仲明逼问徐亦觉阳阳被绑架幕后凶手，徐亦觉说出是洪老五干的，武仲明提出要见洪老五。刘天章送与蒋宝珍交流。日特将假的军事情报，发给谷夫岩部。军统基地据此胜利译出电文，胡慕雄部按计划成功突破，占领信阳，有力支援了武汉会战。

武仲明告知蒋宝珍“菊剑”就埋伏在蒋敬文身边。蒋宝珍带着任务返回公馆查日特。刘天章告知蒋宝珍沈兰还活着。白牡丹窃听到此消息，遂发假电报。电报被基地截获，沈兰成为日特嫌疑人，受到审讯。武仲明认定是菊剑的离间计，也被扣留。军统张毅密赴西安基地，武仲明、徐亦觉、蒋宝珍、刘天章，沈兰一起受审。基地暴露。武仲明译出电文，敌机轰炸秘密基地。武仲明在混乱中保护沈兰逃离基地。刘天章紧追不放。蒋宝珍现身开枪，宣布沈兰死亡。武仲明痛心疾首。

蒋宝珍去八办请云渠来参与审讯。云渠也确认白牡丹身份。菊剑案成功告破，徐亦觉免于撤职处分，师应山也官至副局长。刘天章面临撤职查办，蒋宝珍知情安慰。武仲明晋职，并得到蒋敬文信任。师应山申请重返破反专署，武仲明没有同意。刘天章下令密裁罗子春，武仲明将其救出后意图让他离开，罗子春坚定的表明自己的忠心，留了下来。

丁一欲暗算武仲明以泄愤，徐亦觉安抚。武仲明写信希望八办来制定追捕行动。师应山接触八办，查找洪老五下落。徐亦觉告诉武仲明自己让洪老王去解释。两人急赶抓捕现场。刘天章将洪老五击毙。从洪老五手下得知宣侠父尸体藏在井下。侯文选开始跑路，师应山追捕侯文选。武仲明拘捕刘天章，八办全城搜井。武仲明主审刘天章，刘天章质问武仲明。刘天章逐渐占据审讯主动。

蒋敬文开始起疑，武仲明向葛寿芝求救。武仲明彻底解脱了共嫌。武仲明却请求中统查办刘天章。刘天章失意买醉，蒋宝珍安慰。师应山指责武仲明。师应山查出侯文选曾与丁一有过钱财交易。武仲明证实侯文选成为宣案的最大嫌疑人。武仲明主动找徐亦觉喝酒，劝徐亦觉讲出真相。徐亦觉告诉沈兰没有死。武仲明醉酒回家，却看见蒋宝珍站在门前。

蒋宝珍问他下一步的行动，武仲明虚以委蛇。师应山打探到侯文选回商县老家，武仲明为密查之路做各种准备。蒋宝珍带他见沈兰。武仲明打晕蒋宝珍。武仲明率罗子春赴商县追捕侯文选。两人被中共游击队劫持上山。游击队决定处死两个国民党特工，武仲明身份被揭穿，罗子春得知武仲明是中共特工。游击队为保护武仲明，提出杀罗子春灭口，武仲明将他放走。

武仲明向罗子春坦陈心迹。罗子春被武仲明打动。蒋敬文下寻找蒋宝珍。蒋宝珍迷惑刘天章。武仲明审讯侯文选，供出他知道的宣案过程。武仲明指点侯文选直接去武汉告状。侯文选接受了武仲明的建议。武仲明返回专署。武仲明报告蒋宝珍失踪。蒋敬文大骂武仲明，又命令警察局和军统在全城寻找。

蒋敬文命令警察局和军统在全城寻找。刘天章带蒋宝珍现身。刘天章承认是中统密史。刘天章威胁罗子春刺杀武仲明或蒋宝珍中的一人，罗子春陷入痛苦矛盾中。胡慕雄秘书杨辉亮与武仲明接头。两人交谈前因后果，告诉他，蒋宝珍也是自己人，一切真相大白。武仲明震惊中。刘天章与丁一密谋，联手暗杀武仲明。侯文选抵达武汉，宣案大局已定。武仲明决意将密查进行到底。杨辉告之师应山已经成为中共情工而小玲也在隐蔽战线为党工作。罗子春被击毙。武仲明发现罗子春是为了示警。

武仲明怒抓丁一。侯文选抵达武汉。张毅、武仲明审讯丁一。丁一交待宣案过程，以及三次刺杀武仲明经过。刘天章被批捕。武仲明和刘天章最终对话。中统总局下令杭力杀掉刘天章。师应山奉命执行，说清自己身份，刘天章在绝望中死去。武仲明留存蒋敬文批条。葛寿芝空降西安。葛寿芝指示把徐亦觉也弄掉。武仲明暗中找到徐亦觉，指明出路。徐亦觉拿出蒋敬文的署名手令。八办终于找出了宣侠父遗体，丁一和侯文选被枪决，徐亦觉被停职。武仲明把结局告诉胡慕雄。

武仲明把结局告诉胡慕雄。葛寿芝和张毅即将离开西安，蒋敬文赶到，听武仲明通报案情。武仲明销毁两个手令。徐亦觉和蒋宝珍在武仲明家门外，窃听到武仲明与葛寿芝的谈话。葛寿芝表明他才是密裁宣侠父的真正策划者。徐亦觉率手下包围武家，葛寿芝将蒋介石密裁宣侠父的手谕让武仲明保管。武仲明击毙葛寿芝。武仲明将手谕交给蒋宝珍。徐亦觉接到军统密杀令。武仲明奋力逃离追杀，吸引军统特务的注意力；蒋宝珍流泪开车，终将密裁手谕送到。