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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”。
叶正龙找到金巧玲查问情况，告诉巧玲他男朋友很有可能是特务。这对金巧玲不啻晴天霹雳，但还要忍痛答应叶正龙继续与化名南原的人保持联系。
李少云与赵兰带人胁迫蔡家米行的总管万春山烧掉了蔡家的粮食仓库，毁掉了1千担的白米。事发之后，万春山伪装受伤报了假案，叶正龙和高青山等人介入调查。
蔡荣贵痛心疾首，疑为劫匪所为。叶正龙认为不是劫匪干的，而是潜伏特务所为，目的是恐吓米商，在上海制造物价飞涨的恐慌……
在万春山的鼓动下，商会会长蔡荣贵同意全市米行统一涨价，民众立刻怨声载道。高青山觉得这是资本家耍的两面派伎俩，认为该坚决打击，叶正龙却不同意这么简单粗暴地处理问题，高青山和女公安何云认定叶正龙因为蔡玉的缘故袒护蔡荣贵……
上海米价狂升，市面混乱。
蔡荣贵的老狐狸做派开始显露，他手头有救急的储备米。因对共产党怀有戒备，并不打算马上拿出储备米救市，一直等待观望。叶正龙从蔡玉处得知蔡家还有几处储备米仓库，便决定做通蔡荣贵的工作，稳定米价。不料意气用事的高青山与何云却动用武力逼迫兴盛米店老板，强令卖平价米。将叶正龙的如意算盘打乱。
因米市风潮，叶正龙与高青山、何云等同事的矛盾加深，叶正龙在侦查科陷入孤立。而高青山、何云二人渐生好感。