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1938年6月，武汉会战爆发，抗战局势危急。军统特工谢庚杨自作主张，将长期秘密关押的中共特工孟庆凡“盗出”监狱并射杀江边，抛尸江中，顺水飘到日军阵地。孟庆凡身上携带着一份谢庚杨伪造的假情报，使日本人相信苏联人将会出兵中国东北，进攻武汉的步伐被迫放缓。由于准备仓促，谢庚杨的计划出错，日本特工佐藤坚信这是中国人的阴谋。他亲自到武汉验证情报真伪。死里逃生的孟庆凡从日本人的拷问中，得知了这份计划会对中共造成伤害。他冒死逃离日军营地，返回武汉进行阻止。“谎言计划”被提交到国共高层面前。 为了武汉抗战，国共决定携手完成“谎言计划”。为了弥补计划瑕疵，八路军女播音员马小茴被安排与孟庆凡假扮夫妻，两人接受日本人的考验。国共双方情报精英，与日本最精锐的特工人员，围绕着这份谎言计划，在武汉展开了一场搏斗。
孟庆凡曾跟着留西耶夫学习过，他劝他不能放弃信仰，孟庆凡的话激怒了留西耶夫，留西耶夫故意那样做来骗过监听，他将写的字条交给孟庆凡。黄主任向王昌平说起亚历山大刺杀留西耶夫之事，他们会想办法救出留西耶夫的夫人，这样留西耶夫愿意在日本人面前承认谎言计划的存在，王昌平会尽快通知谢庚杨停止刺杀，他派李正宣回上海。李正宣见到谢庚杨后说明孟庆凡的建议，谢庚杨同意按他的方案行动。
李正宣的枪声将亚历山大吓走，留西耶夫猜出来杀他的人肯定是亚历山大，远东情报站的人都是留西耶夫培训和安插的，留西耶夫提出要一台电报机，佐藤决定派自己的发报员发报，他也是别地选择，山田将留西耶夫需要的东西都送过去。陈菲将谢淑娴的情况告诉谢庚杨，谢庚杨知道她安全后才放下心来。
金医生见到了谢庚杨，她把丈夫的死归结到他身上，她已安排好计划，留西耶夫的夫人被打针后转移，金医生在车箱里让护士给留西耶夫的夫人戴上涂过药水的口罩，她用药物将车箱里押运之人弄晕，谢庚杨接应他们后将留西耶夫的夫人安全转移，但金医生下车后被追赶的日军开枪打死，谢庚杨坐在车里心情十分复杂。留西耶夫的夫人醒来后用发报机发报，留西耶夫需要确认夫人的安全。留西耶夫的夫人用电报机发出一组数字给留西耶夫，留西耶夫看到数字后证明了谎言计划的存在，佐藤不相信上面的内容。
留西耶夫听完佐藤的话后故作镇定，山本要拿着留西耶夫的口供给大本营发报，但佐藤仍需要一些时间，他感觉留西耶夫的坦白太过蹊跷。日军大本营收到留西耶夫的口供，岗村将发现孟庆凡一情况说出来，日军将武汉进攻放案作出调整，新计划叫做蓝色七号，日军大本营要带留西耶夫过来验证细节，他早已做好随时赴死的准备，孟庆凡听到了留西耶夫哼的曲子。
留西耶夫打开窗户后被亚历山大枪决，孟庆凡唱歌为他送行。1938年8月5日，苏联远东情报主管留西耶夫被刺杀同日，日本大本营发布蓝色七号命令，调整武汉战役方案。佐藤认为留西耶夫是自杀的，他要弄清楚实事，佐藤命人安排飞机去面前岗村司令官。谢庚杨要为死难的共产党请功，孟庆凡被捆绑着笑起来，他故意激怒佐藤，佐藤要让他活着看到阴谋被揭穿的那一天。佐藤向岗村再次阐明黄雀计划是个阴谋，但日军大本营在武汉的伤亡超过预期，岗村员有听从佐藤的劝说。