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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。
孟庆凡在回去的路上看到佐藤手下，他们到家后孟庆凡将大门推开，钥匙插在房门后门被找开了，孟庆凡请佐藤进屋，佐藤不断对他进行询问，他应对自如，秘密文件已经被销毁，佐藤不相信，他让孟庆凡将家里的照片拿出来看，马小茴的到来打破了僵局，她故意在他们面前演戏，佐藤还用送请柬的话来试探马小茴，孟庆凡趁机让马小茴去拿结婚时候的照片，她十分紧张，但一直在控制着情绪。
谢庚杨看到彭静雯进入马小茴家中，佐藤拿着照片向马小茴问话，彭静雯敲开孟庆凡家门，佐藤躲在另一间房内，彭静雯对于孟庆凡的结婚感到吃惊，马小茴不清楚他们之间是怎么回事，孟庆凡让她不要再缠着自己，彭静雯说完后离开，孟庆凡解释说她是自己之前认识的朋友，他见佐藤要出来时赶往掩饰。谢庚杨命军统行动，他们准备放走佐藤和孟庆凡，孟庆凡想和佐藤合作的前提是先取得他的信任。
军统的枪声引来了日军特务，孟庆凡让马小茴跟着佐藤先离开，他去引开外面的人。孟庆凡没按预先的撤退方案逃走，他需要马小茴的配合，和佐藤等人汇合后他们上了彭静雯的汽车逃走，她在四年前闯荡武汉码头时被孟庆凡帮助过，他让她做好周家媳妇，彭静雯劝他想办法离开武汉。
王昌平指责谢庚杨带人在武汉街头随意开枪，他们和黄主任商量后怀疑八办有内鬼。马小茴向孟庆凡问起彭静雯是谁，他说组织上可能放弃自己，还想带她一起走，佐藤承认他是日本人，马小茴在一旁配合着孟庆凡。
马小茴和孟庆凡被带到铃木安排的住处，九菊仍没有露面，佐藤让铃木在出现危险时立刻放弃身份。孟庆凡来到房间后对那里仔细检查一遍，马小茴向他说起自己的代号是火凤凰，日军没有对他们的房间进行监听，他们不知道所处的位置。