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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。
马小茴对铃木的紧盯有些担心，孟庆凡知道进攻那里最好的办法就是爆炸，马小茴突然想起她写日记的笔记本，孟庆凡从桌子下面爬同去寻找，马小茴着急地看着怀表，十二点时院子里发生爆炸，孟庆凡和马小茴安全逃出，铃木将黄雀计划的怀疑汇报给九菊。王昌平将资金发给谎言小组，他们暂时不能晋升，王昌平宣布他们的任务已经完成。
王昌平命他们撤往重庆，谢庚杨想再看一下佐藤的尸体，他已被炸的面目全非。黄主任见到孟庆凡和马小茴后让他们先留下来，孟庆凡急着见到谢庚杨，他想和他早些交换意见，小井、铃木等人被炸死，但佐藤的面目看不清楚，谢庚杨无法确实他的身份，他用手术刀亲自给那具尸体检验，结果发现胃里全是糠，那是难民的尸首，他们上当了，佐藤逃走。佐藤醒来后见到九菊，是九菊救了他，九菊还在码头工人住宿地安置了炸弹，一些工人被炸死。
九菊向佐藤询问那样做的目的，他们想炸毁运输码头，这是总部给他们的新任务，佐藤由九菊直接领导，但他还是想找到推翻黄雀计划的证据。谢庚杨猜想自己的身份暴露了，王昌平猜测小组存在危险。佐藤拿到了谢庚杨的亲笔签名，九菊能看出谎言计划的幕后主使就是谢庚杨。陈司令召见谢庚杨和孟庆凡，他们认为谎言计划并没有完全成功，还怀疑九菊潜伏的很深。
孟庆凡和谢庚杨搭档要对付佐藤，佐藤对九菊表示敬佩，九菊告诉他谢庚杨的女儿谢淑娴是他的软肋。谢淑娴在帮忙拆迁汉阳兵工厂，佐藤在一旁看到她，他趁机绑架了谢淑娴，孟庆凡想让谢庚杨投靠日本人并承认谎言计划，当谢庚杨知道女儿被绑架后十分惊讶。谢庚杨不想让女儿卷入到这场战争，孟庆凡看出日本人是想和谢庚杨谈判，他们要早做准备。
谢庚杨要救女儿出来，他同意孟庆凡的想法，他心急如焚，只有等日本人来给他联系，他走之前让李正宣等人先听孟庆凡的。黄主任向延安请求了孟庆凡的计划，孟庆凡要摸出日军在武汉的特务体系，他清楚谢庚杨的人是最合适的人选，孟庆凡想让李小茴转移回延安。彭静雯收到孟庆凡的消息后急忙赶快过去和他相见。