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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”。
局领导们决定提前提审空降特务冯渊，还故意将这一任务交给了高青山。
高青山前往蔡家找了蒲姨，两人其实早就知道对方就是自己要找的亲人。跟踪高青山的何云将高与蒲姨是母子关系的事告诉了叶正龙。叶正龙很意外……
母子相见，高青山最后一道心理防线终于崩溃，交出了特务组织最机密文件。
高青山高调向众人介绍蒲姨是他失散多年的母亲，这让众人又重新陷入了迷惑中。
叶正龙对高青山这一举措百思不得其解，于是答应和高青山再玩一次猫抓老鼠的游戏。
在审问冯渊的过程中，他交代了此次空降特务的人员名单以及装备，其中一个威力巨大的新式手榴弹引起了大家的注意。为了摸清这次特务们的行动，局领导要求叶正龙尽快将漏网人员缉拿归案，并阻止新式手榴弹的引爆。
高青山利用和蒲姨去看电影的时间，偷偷跑去电厂，并找到了通往炸药库的井盖。这一切都掌握在叶正龙的监视下。
冯渊虽然提供了空降特务的人员名单，可却闭口不提此次任务的内容，且不提供其他特务的画像，这可急坏了马英……