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1942年，第二次世界大战正酣，美国拟派出轰炸机中队对东京实施轰炸。为此，美国本土提前派出了最高机密信使“笃信者”华裔军官陈东升将行动计划、轰炸机中队的呼号和密码带给中方。不料，其在飞临广东珠海上空时被日军击落，陈东升落在了被日军占领的三灶岛。为此，国共两党携手合作，启动了在日本本土潜伏休眠的特工武穆一郎，利用其特殊身份和关系，协同来自三灶岛的八路军女军医叶碧莹，登岛实施惊心动魄的虎穴救援行动。接到任务后，武穆一郎利用其特殊身份，和叶碧莹相互配合，巧妙地与藤田、大岛浩等为首的日本驻军周旋，一次次化解了命悬一线的危机，上演了一场场“猫捉老鼠”的好戏，终将陈东升成功带上了一架邮政飞机，飞离三灶岛。得到了关键情报的美国轰炸机编队成功实施了轰炸行动后，安全返回，武穆和叶碧莹顺利完成任务。
1942年，一位肩负着最高机密使命的美军情报官——“笃信者”，乘坐飞机匆匆赶往既定目的地。彼时，各部门全力配合、严阵以待，可令“笃信者”万万没想到的是，目的地竟已被日军悄然控制。在被挟持的危急关头，对方声称可安全降落，然而，敏锐过人的机长在降落之际敏锐察觉异常，当机立断及时起飞。可惜，飞机仍遭受了破坏，“笃信者”也受了伤。加之飞机罗盘受损，飞行方向发生偏移，又遭到陆地不明军队的猛烈袭击，眼看飞机即将坠毁，机长果断让“笃信者”跳伞逃生。后来，飞机坠落大海，机上三人当场死亡，“笃信者”失踪的消息瞬间如惊雷般传至各方。
重庆、日军、美军各方势力闻讯后，纷纷展开紧急行动，全力搜寻“笃信者”的下落。次日，“笃信者”在海边昏迷不醒，被一个痴傻之人偶然发现。与此同时，美军方面从众多飞行员中精心挑选，欲选出最优秀之人执行一项至关重要的任务。1942年的重庆，电报局在紧张凝重的气氛中，截获到盟军“笃信者”失踪这一重大消息。沈处长得知后，急忙将此消息上报，并迅速启动搜救计划。
另一边，村民安儿无辜被当地警察诬陷偷盗海货，警察竟欲就地将其正法，村民们愤愤不平，纷纷站出来证明这个孩子绝不可能干出偷盗之事。此时，主祭人叶德公（张晨光饰）挺身而出，主持公道，言语间更是对安儿多有袒护。为保安儿性命，叶德公只好借着祠堂老祖宗的名义，当即狠下心来责罚他。警察在一旁幸灾乐祸，眼看安儿就要被打死，下方警察提醒队长后，队长才放过安儿。
另一边，傻子带回一个受伤的美国人，其母亲见他受了枪伤，心急如焚，匆匆忙忙将此消息告知村长叶德公。“笃信者”（邵桐饰）苏醒后，发现叶德公竟会说英文，不禁心生提防。叶德公见状，表示自己之前曾在美国生活过，并向其说起这里是被日军占领的三灶岛。“笃信者”一心想要逃离，叶德公却表示，若他想要离开此地，不妨从此刻起说中文，隐瞒美国人的身份，毕竟他的肤色和长相与中国人并无二致。
叶德公让儿子利用信鸽，将救起一个美国人的消息悄无声息地传递给重庆的大伯。重庆方面的人猜到这个美国人定是“笃信者”，于是迅速启动一个秘密小队，潜入三灶岛实施营救。这晚，局长把武木一郎的详细信息交给沈处长，武木一郎虽是日本名字，却是地地道道的中国人。当年，林森父亲意外死亡，后来母亲改嫁日本人，他便改名为武木一郎。他处事不惊、做事周密，已成为日本调查科调查员，拥有大作军衔，不过，他还有另一个不为人知的身份——国民党卧底，代号“伐木工”。
局长回忆起武木一郎一次返国的机会，他在同文书院读书，自那以后深受感染，便秘密加入了中国共C党。这天，武木一郎从广播站听到启动自己的信息，悄然来到好友陈乔家里。他来到地下室，里面尘封着多年的电报机，终于迎来了启动的宝贵机会。就在此时，警察突然来下发招募令，不过武木一郎是战车发动机设计师，并不符合招募条件。而且，警察看着陈乔有些慌张，好似在掩饰屋内的情况，便立马警觉地闯入房间。