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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”。
叶正龙跟踪林素贞到了公园，看到了高青山与她接头。高青山其实是想杀已经暴露的林素贞灭口，却被突然现身的叶正龙冲破，林素贞趁机逃跑……
叶正龙追上林素贞，说服她脱离国民党特务组织，和自己一起对付高青山。走投无路的林素贞决定和叶正龙合作，她告诉叶正龙，李少云正要刺杀韩永年……
医院中，假扮病人住进医院的李少云终于等到了下手的机会。千钧一发之际，叶正龙赶到，李少云只好落荒而逃。叶正龙紧追不放，高青山却站在叶正龙背后举起了手枪……
叶正龙以话语挤兑住高青山，贾文林也随即赶来。在这样的情形下，高青山只好放走叶正龙。叶赶到李金水处，得知林素贞已经被保护起来，才松了口气。
叶正龙终于说服林素贞交出了绝密文件，为保护林的安全，他决定亲自回公安局面见郑海风将事情的前因后果讲清楚。原来李金水是老地下党员，是郑海风派他暗中保护叶正龙的……
而高青山此时却找到林素贞，不但拿到了文件，还将她杀掉灭口……