1937年中日戰局吃緊，國民政府撤離南京，遷都重慶。時任國防部二廳特偵處處長的陸從駿，被任命為國民政府最高機密破譯部門——“黑室”負責人。

陸從駿在“黑室”的創始人杜先生處了解到，“黑室”不可或缺的王牌人物陳家鵠依然安全且即將回國，同時，杜先生的機要秘書林蓉蓉和陸從駿的搭檔孫立仁也被派往“黑室”。陳家鵠師從于日本軍用密碼之父——炎武次二，帶著自己的日本妻子惠子回重慶以圖報效祖國。李政時任兵器部人力處處長，實際身份是重慶中共地下黨員，他的任務就是引領陳家鵠去往延安。陳家鵠剛一回國就遭到日本特工的刺殺，幸遇共產黨特工老錢搭救。

陸從駿和杜先生得知陳家鵠安全如釋重負，然而，由于陳家鵠的重要性以及他有一位日本妻子，陸從駿決定不急于招陳家鵠進“黑室”。陸從駿安排與陳家鵠茶樓相見并試探。陳家鵠從茶樓離開遭遇日本特工刺殺，撤離途中一名共產黨人為保護陳家鵠犧牲。惠子日本人的身份擾亂了陳家人的正常生活，無奈之下，陳家鵠決定帶惠子從家里搬走。此時，惠子的哥哥相井也作為軍人被派往中國。

相井被派往中國的任務是重新組建特別行動組，并且具體負責刺殺行動。令相井意外的是第一個刺殺目標便是陳家鵠，相井深夜潛人妹妹家，出于對妹妹深切的關愛遲遲不忍下手，最終無功而返，撤離中殺死兩名保護陳家鵠的軍統特工。

得知保護陳家鵠的特工被殺，隨即陳家鵠被綁架至“黑室”，共產黨也為更好的對陳家鵠進行安全保護，喚醒潛伏在國民黨內多年的共產黨特工林蓉蓉。