故事發生在1931年1月16日的上海，共產黨滬中區委書記蔡博真來到一家書店，很快找到那本書，從書里翻出一張紙條，上面寫著“明天下午一點半在中山旅社開會”，他看完就馬上燒毀。閘北團委書記伍仲文帶領學生們走上街頭發傳單，高喊口號“打倒國民黨反動派，打倒蔣介石”，警察隨后趕來抓人，伍仲文趕忙撤退，他一口氣跑到小巷子里，警察緊隨其后追來，多虧蔡博真及時出現把她拉到一邊，躲過了警察的追蹤，蔡博真把上級的通知告訴她。

國民黨中央黨部黨務調查科駐上海科長史明升接到密報，把共產黨開會的地點一一告訴他。伍仲文和蔡博真準時來到中山旅社，史明升在對面樓頂蹲守，看到參會的人都到齊了，就下令警察去抓捕。大廳放哨的共產黨員發現警察，立刻大聲報信，伍仲文和蔡博真來不及逃走，就留下來把文件全部燒毀，史明升帶人趕到，把他們倆抓起來。史明升對蔡博真和伍仲文嚴刑拷打，他們視死如歸，始終一言不發。

1926年，組織上選派伍仲文去蘇聯學習，臨行前，蔡博真把自己親手雕刻的一對木頭人送給伍仲文，伍仲文擔心再也見不到蔡博真，蔡博真堅信他們遲早會相見。史明升苦苦規勸蔡博真登報聲明脫離共產黨，交代在上海的共產黨組織機構以及人員名單，承諾把他放出去，給他優厚的待遇，蔡博真大罵他是劊子手。

史明升勸伍仲文加入國民黨，還拿出那對木雕威脅伍仲文，要讓她和蔡博真永別。伍仲文早就看透了國民黨反動派的真面目，1927年她在蘇聯中山大學的時候，看到蔣介石的累累罪行，號召在蘇留學的同學們一起抗議示威。1928年，蔡博真來莫斯科中山大學報到，伍仲文一眼就認出蔡博真的行李箱，她激動萬分，四處尋找蔡博真，都沒有看到他人影，伍仲文大聲喊他的名字，蔡博真聞訊趕來和伍仲文見面，兩個人深情相擁。

史明升帶著租界巡警押送被捕的共產黨員到龍華淞滬警備司令部均發出看守所，伍仲文和蔡博真也在囚車上，他們望著窗外的美景，不由地回憶起他們倆第一次見面的場景，兩個人互訴衷腸，蔡博真當眾向伍仲文求婚，伍仲文欣然答應，同車的共產黨員為他們倆開心，要為他們辦一場婚禮，就在這輛囚車上。

大家一起高唱“國際歌”，祝賀蔡博真和伍仲文喜結連理，警察不許他們唱歌，對他們拳打腳踢，他們根本不聽，蔡博真和伍仲文緊握雙手，始終不肯分開。之后不久，蔡博真和伍仲文被殺害。