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抗日战争中汪伪政权成立时期，富家少爷明台在赴港大读书的途中，被军统高官王天风绑架至军统训练班，经过残酷、艰苦的特训，成为一名军统特工。学成后，明台与生死搭档于曼丽前往上海，展开一系列秘密活动。在“粉碎计划”中，明台与中共地下党“锄奸”小组成员程锦云联手，成功爆破了汪伪政府运送日军高官的专列“樱花号”，二人在战斗中产生了感情。明台在一次行动中，发现国民党军统局与汪伪政府合作走私物资发“国难财”，对国民党心灰意冷，程锦云发展他成为一名中共地下党潜伏工作者。明台的兄长明楼是中共地下党南方局的特派员，他的双重伪装身份既是汪伪政府要员，又是军统特工，为了获得前方战场的胜利，明楼启动“丧钟敲响”行动，明台、于曼丽成为“死间”。在明楼的超人智慧下，“死间”行动成功地用虚假情报迷惑了日军，为第二战区的胜利赢得了转机。
王天风介绍了明台和他的女搭档于曼丽相互认识。然后，王天风把于曼丽叫到了一旁，对她说，你以前做过什么并不重要。你要成为一件武器，这里，他拍着自己的胸口，就不能太温暖。于曼丽问，他知道我吗？王天风说，他只知其一，不知其二，什么时候让他知道，我说了算。
汪曼春假借有叛变者让76号到处抓人。想让国共双方的势力撤出上海，或引出锄J队，从而将抗日势力彻底铲除。这一幕都被共产党地下工作者李成看到了，他不明就里，真的以为有人叛变，于是主动出击而暴露。虽然他当场牺牲，但汪曼春还是顺藤摸瓜找到他家，幸亏共产党员程锦云及时赶到，让李成的妻子带着孩子及时撤退，她留下来焚烧了文件，等汪曼春带人赶到时，只看到了一堆灰烬。
日本特高课课长南田洋子相中了阿诚，她企图拉拢离间明楼和阿诚的关系，阿诚虚与委蛇。事实上，他和明楼关系如铜墙铁壁。回到车上，两人议论着这事，谈到上海地下党有人落网，两人都觉得应尽早采取行动。原来，两人还均为中共地下党人。
训练营的舞会上，于曼丽和明台相拥而舞，柔情款款地交流着，突然间，于曼丽拿出一支药针，明台虽然仓猝之间应变，还是扭转了局面，转而将药针针头指向了曼丽。接下来，明台又将一向打斗中没有输过的曼丽打败。这时，王天风阻止了两人，宣布这次较量中明台取胜，成为生死搭档的组长。
接触中，明台发现于曼丽居然还擅长刺绣，他猜测到了她来自南方，也读懂了她的忧郁。为了能让她快乐，他向王天风提出了带于曼丽去维也纳的要求，被王天风一顿训斥。训练时，王天风看到了明台送给了于曼丽的香水，知道明台对于曼丽产生了感情。于是，他语带双关地提醒了明台，又警告了于曼丽。曼丽惊恐之下，失手将香水摔到了地上，晚上又重新梦到了自己当年杀人的一幕。
王天风同意了明台带于曼丽出去透透气，到重庆执行任务，但要求他要跟曼丽保持距离。一到重庆，明台就恢复了阔少爷的本色，其实购物时他已经发现了这次任务的蹊跷。入住南方酒店后，他违令打开了文件，知道第一小组将对两人的追杀，他跟曼丽制服了对手，并抢走了汽车。重庆空袭中，明台要带于曼丽藏进防空洞，不料于曼丽将枪口指向了他，震惊的明台在空袭的混乱中，让于曼丽逃掉了。
王天风的人在继续跟踪于曼丽，缓过神来的明台，暗地里帮她解决掉了那些跟踪者。他走到要渡河的曼丽身后，告诉她这一切，让她放心地走不要再回来。于曼丽落下了眼泪，船就要开了，人们纷纷抢着上船，可于曼丽却逆着人流，看向离去的明台的背影。