1943年，抗戰(zhàn)進(jìn)入相持階段后期，日軍為挽救殘局，秘密展開了“芥子氣”化學(xué)武器的第三期研發(fā)，這就是歷史上臭名昭著的“丁號計劃”。日軍在我國東北地區(qū)隱蔽建立了大型的地下試驗基地。故事從上海開始……
1943年初秋，上海郊外，一輛裝著日軍“丁號計劃”的關(guān)鍵物資A1物資的運(yùn)輸車正在行駛，突然殺出一伙蒙面人將物資車上的日軍殺死，并截獲了物資，當(dāng)他們發(fā)現(xiàn)車上居然只一個箱子時就開始疑心日本人在搞鬼，此時又有大批日軍趕到開槍對著他們掃射，蒙面人抬著箱子急速撤離。
上島將軍得知A1號物資車被劫，且劫匪下落不明，頓時震怒。他對平田君說想不到上海的反動勢力那么猖狂，看來精心操練的反策隊該亮相了，正好捅一捅他們的馬蜂窩，第一目標(biāo)就是搗毀他們的水鄉(xiāng)據(jù)點(diǎn)和那個來路不明的歌舞廳。他對平田君保證三天內(nèi)一定找回丟失的物資。
此時民間抗日團(tuán)隊“鐵血東北虎”成員們對著劫來的箱子犯了愁，心里既好奇里面到底裝的是什么？又怕狡猾的日本人會設(shè)下陷阱，不敢輕易打開。二把手羅長虎第一個沉不住氣，一把掀開箱蓋，眾人見并沒發(fā)生什么，紛紛圍了上去準(zhǔn)備一瞧究竟，只見箱子里僅裝了幾個玻璃器皿和一些結(jié)晶體，正在他們討論不休時，日軍到了他們所在的村莊圍剿，大哥下令兄弟們將箱子里的東西分別保管，分頭逃走。
上海的百樂門舞廳，眾男子為了博得當(dāng)紅交際花藍(lán)欣兒的青睞，使出了渾身的解數(shù)。
羅長虎深夜回家，在鬼子反策隊瘋狂掃蕩中受傷的張岸良在家門口等著他呢，他問羅長虎A1物資不是他們搶劫的吧？羅長虎矢口否認(rèn)。
在上海灘一處神秘的教堂，“交際花”藍(lán)欣兒秘密與神父見面，神父讓她看了一張照片，問她是否認(rèn)識此人，藍(lán)欣兒說日本大名鼎鼎的化學(xué)專家平田洋一，如今是世界炙手可熱的人物之一，怎么會不認(rèn)識？神父甚至知道藍(lán)欣和平田洋一并不是簡單的認(rèn)識，而是在德國留學(xué)期間的戀人。神父卡列安準(zhǔn)備雇傭藍(lán)欣兒策反平田，藍(lán)欣兒似乎是為了錢爽快地答應(yīng)了下來。
大島將軍為了保證“丁號計劃”研究組長平田洋一的安全，故意在各大報刊上放出“平田即將從碼頭離開上海”的消息，私下卻安排平田的弟弟平田洋二屆時出現(xiàn)在碼頭，試圖將上海灘的各方潛伏勢力一網(wǎng)打盡。平田卻提出兩個條件，一就是要保證他的安全，二要說服中國專家張岸仁加入“丁號計劃”，否則他哪兒也不去。
地下黨張岸良一直在羅長虎家里養(yǎng)傷，羅長虎一心希望加入組織，這天張岸良帶他去見趙隊長。趙隊長請羅長虎出手在碼頭上刺殺平田洋一。這一天上海灘碼頭人潮涌動，殺機(jī)四伏，上海灘的各方勢力齊聚，等著刺殺平田。終于平田現(xiàn)身，羅長虎準(zhǔn)備出手，但被東北虎老大攔阻，此時各方勢力已紛紛動手，埋伏已久的日軍在大島指揮下兇悍地殺出，碼頭上頓時槍林彈雨，各方地下組織人員死傷慘重。羅長虎擺脫老大的糾纏出手刺殺平田，就在即將得手之際，卻遭到了神秘女子藍(lán)欣兒的開槍阻攔。羅長虎追上藍(lán)欣兒的車問她為什么護(hù)著日本人，但藍(lán)欣兒卻佯裝與他素未謀面的樣子。
因為暗殺被藍(lán)欣兒阻攔而失敗，羅長虎對藍(lán)欣兒的身份產(chǎn)生了懷疑，他一路跟蹤藍(lán)欣兒來到百樂門，這里正在舉行化妝舞會，羅長虎鬼鬼崇崇的樣子早被藍(lán)欣兒發(fā)現(xiàn)了，她在一杯酒里下了藥，讓侍應(yīng)拿給他喝。正當(dāng)羅長虎喝了酒暈暈乎乎地站在當(dāng)?shù)兀毡緛聿榱济褡C了，關(guān)鍵時刻藍(lán)欣兒還是機(jī)智地替羅長虎解了圍。
大島召集部下開會，說碼頭暗殺中逃脫的兩人的身手與搶劫A1物資的劫匪十分相似，是他們一直在通緝的共黨分子，他說他們身手了得，吩咐憲兵隊抓捕時一定要小心謹(jǐn)慎，確保萬無一失。
藍(lán)欣兒把羅長虎帶到玫瑰飯店安置，一路上迷迷糊糊的羅長虎大罵藍(lán)欣兒是女漢J、女特務(wù)。
“鐵血東北虎”的老大在一個勁地埋怨趙隊長，明明是日本人設(shè)的陷阱還一個勁地往里跳，害得他家老二到現(xiàn)在也下落不明。
張岸良重新找到羅長虎，告訴他碼頭上現(xiàn)身的平田是假的。藍(lán)欣兒再次來到教堂和神父見面，她對神父說自己成功在碼頭救了平田是不是應(yīng)該加一筆錢呀？神父問她難道沒有看出來那個平田是假的嗎？藍(lán)欣兒篤定地說這世上只有兩個女人對平田最熟悉，一個是平田的母親，還有一個就是她，之所以留著假平田，那是因為留著一個替身，真的那個就沒那么容易被殺了。
張岸良發(fā)現(xiàn)羅長虎家魚缸里的魚全死了，一問之下才知道是羅長虎把日軍物資箱里的結(jié)晶石放在了魚缸里，看來這批物資有問題，老大突然想起米缸里也放了石頭。張岸良決定帶著羅長虎一起去找他哥哥張岸仁。
張岸良帶著羅長虎找遍了上海的水泥廠，他告訴羅長虎說他哥哥是一位化學(xué)天才，但因為總有人找他研究化學(xué)武器，所以他寧可躲在水泥廠里做苦力。他們剛發(fā)現(xiàn)了張岸仁的蹤跡，就被大島捷足先登，帶走了張岸仁。羅長虎和張岸良一路尾隨日本人來到劍道館，平田與張岸仁是留學(xué)德國時的同學(xué)，他對張岸仁非常親切，希望說服張岸仁加入他們的“丁號計劃”。但張岸仁始終一言不發(fā)，大島見他一個中國人如此傲慢非常惱火，但平田堅持認(rèn)為目前找不到比張岸仁更好的合作者。
張岸仁不愿和日本人合作，他在室內(nèi)自殺，張岸良心急如焚，不慎暴露了行蹤，張岸良和羅長虎于日本人混戰(zhàn)成一團(tuán)，張岸良終因受傷被抓，羅長虎只身逃脫。大島火速將岸仁、岸良兄弟送醫(yī)院救治。平田再次提出劍道館不安全，他說每次來上海都住國際飯店的，請大島尊重他的習(xí)慣。神父找來藍(lán)欣兒告訴她平田入住國際飯店的事，讓她盡快采取行動，藍(lán)欣兒直接就把平田的房間號報了出來，她說神父的人已經(jīng)嚴(yán)重妨礙了她的計劃。她對神父說他們只需要好好想想怎么把平田安全送往蘇聯(lián)就行了。
藍(lán)欣兒想辦法入住了國際飯店平田樓下的房間，準(zhǔn)備開始采取行動。地下黨也時刻在飯店外監(jiān)視，看了那個樓層高度，趙隊長說只有羅長虎辦得到。此時的羅長虎正被大哥綁在柱子上沒法動彈呢。大島指派了一刀流、武川藏、崗本忍術(shù)團(tuán)新任團(tuán)長崗本雄太三大高手貼身保護(hù)平田。
大島站在窗口望著園內(nèi)的風(fēng)景，說是果然符合平田川的風(fēng)流本色，平田淡定地說自己潛心研究，至今未婚，連女朋友也沒有，又何來的風(fēng)流本色？大島說平田君的五年前留學(xué)德國時認(rèn)識了一個上海籍女子名叫瑪利亞，并與之交好，后來不知為何又分手了，平田君從德國追到了上海，這不是風(fēng)流成性是什么？大島吩咐手下調(diào)查瑪利亞其人。
大島的話勾起了平田對往事的回憶，他拉開抽屜拿起放在里面的蘇繡手絹。德國盟軍發(fā)來電報說是查不到任何關(guān)于這個叫瑪利亞的中國女人的資料，大島說唯一的可能就是她在德國時的資料已經(jīng)被銷毀。而這種情況只能出現(xiàn)在國際間諜身上。
羅長虎被老大囚禁著心急如焚，他說服兄弟老八給他松綁，直奔國際飯店，繼續(xù)執(zhí)行刺殺平田的任務(wù)。
藍(lán)欣兒查到平田被軟禁在房間，她要求蘇聯(lián)修女卡琳娜在十二點(diǎn)十五分準(zhǔn)時將平田點(diǎn)的餐送到她房間。羅長虎和八弟扮成日本軍人的樣子和趙隊長碰頭，趙隊長見來了后援十分欣慰。
藍(lán)欣兒打扮成侍應(yīng)生的樣子推著餐車前往平田房間，此時羅長虎他們也進(jìn)了飯店，被日本人盤問，他們說自己是上海駐軍警衛(wèi)團(tuán)的人，來找上島匯報，沒想到警衛(wèi)團(tuán)和他們反策隊一直是面和心不和，怎么可能有事情匯報？藍(lán)欣兒在小餛飩里下了藥，并將特意讓卡琳娜買來的蘇繡手帕塞在酒杯里，餐點(diǎn)被送了進(jìn)去。在走廊里藍(lán)欣兒看到日本兵如臨大敵般的樣子，她總覺得有事要發(fā)生，匆匆回房她讓卡琳娜快離開，原本對她不屑一顧的卡琳娜開始慢慢信任她。
看著酒杯里的手帕，平田的思緒被拉回了兩人分手的那天，藍(lán)欣兒堅持要回國做交際花，平田不能理解藍(lán)欣兒的決定，臨分手時她就是給了自己這么一塊手帕留作紀(jì)念的。藍(lán)欣兒一直在樓下用聽診器關(guān)注著樓上的一舉一動，她聽到平田和守門的士兵發(fā)生了沖突，他要出門，藍(lán)欣兒高興地自語“成功了！”這時，羅長虎突然潛入平田房間，出手刺殺平田，大島發(fā)現(xiàn)危機(jī)，及時救援了平田，但自己被刺致重傷。藍(lán)欣兒的計劃被羅長虎的突然出現(xiàn)完全打亂了，這羅長虎身手了得，將日本人打得一個落花流水，平田趁機(jī)打暈大島希望逃出國際飯店。老八憑著自己的機(jī)靈勁也逃了出來，卻渾然不覺自己已被日本人跟蹤，將為兄弟們帶去滅頂之災(zāi)。
羅長虎陰差陽錯地進(jìn)了藍(lán)欣兒的房間，藍(lán)欣兒要與他做個交易，他放過平田，而她則可保他脫身。此時日本人進(jìn)來搜查，藍(lán)欣兒用王老板作擋箭牌，順利逃過一劫。藍(lán)欣兒讓羅長虎穿上王老板的西裝，兩人挽手出門，一出門就遭到了日本人的圍追堵截，經(jīng)過激烈的對決，羅長虎干掉了日本高手武川君，此時卡琳娜冒險救了他們。
藍(lán)欣兒責(zé)怪羅長虎打亂了她的計劃，導(dǎo)致策反平田的任務(wù)失敗，要羅長虎馬上離開，但羅長虎卻認(rèn)定平田的失蹤和藍(lán)欣兒有關(guān)，讓藍(lán)欣兒說出平田的去處。