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1949年5月，人民解放军解放上海之际，中共上海地下党负责人叶正龙获悉，国民党特务组织企图炸毁我上海沪江发电厂，此企图被国民党特务组织命名为“萤火虫计划”。为了粉碎萤火虫计划，上海市公安局侦察科在科长叶正龙的带领下，和国民党特务组织斗智斗勇，展开了一系列的侦破工作，并积极设计，建设地下应急发电组。在工作过程中，出现了国民党特务组织蓄谋制造的破坏事件。经过一番努力，叶正龙不负众望，最终揪出了隐藏在我上海市公安局内部，代号为“老鹰”的国民党特务，并粉碎了国民党特务组织的“萤火虫计划”。聂远、张译分别饰演剧中的男一号和反派男一号。聂远饰演的角色是一名公安，叫叶正龙。张译饰演的高青山则是一个安插在公安局里的特务分子，企图炸掉“沪江电厂”。
舟山，两个特务冒充军人将单身到舟山的何云安顿在小客栈里，伺机要杀害她嫁祸叶正龙。机警的何云发现了两个军人身上的漏洞，在真正边防军的救助下，摆脱了危险……
李少云依计故意放走了叶正龙。叶正龙赶到蔡家，惊闻自己已经变成了杀害蔡夫人的凶手，才恍然明白李少云的恶毒伎俩。可是，一切已经晚了，高青山和马英抓住了叶正龙，并将他押上汽车送回局里……
叶正龙跳车逃跑，找到蒋文虎隐匿了起来。
邵舒杰发现喜欢自己的梅珍被人杀害，明白这是狠毒的妻子林素贞所为。现在的情况是，这个女人很可能也不会放过自己。于是，邵舒杰带上名册去追赶林素贞。
公安局发布了对叶正龙的通缉令。凭着恋人的直觉，蔡玉找到叶正龙，质问叶正龙为什么残忍地杀害了自己母亲。面对叶正龙的诉说，这个大大咧咧的少女怎么也无法硬起心肠将情郎举报上去。
从舟山回来的何云不相信叶正龙是特务，更不相信他杀了蔡夫人。她带着疑问与高青山讨论，高青山却认定叶正龙既然不敢来局里说清楚自己的问题，一定心中有鬼……