故事发生在1941年11月，在太平洋战争爆发前夕，日军铁蹄在中国的国土上肆意践踏，上海滩也笼罩在白色恐怖中。日伪特务机关76号主任李力行多次纠结手下和平军队对江浙一带进行清乡扫荡，我党的地下工作遭到破坏，多亏潜伏在76号的我党特工“杜鹃”传出情报，才避免了更大的损失。
地下党员李正勋奉命去南翔火车站接一部电台，76号情报处处长叶兴城事先得到情报，派人在火车站蹲守，杜鹃向李正勋发出警示，李正勋拼命奔逃，结果还是中埋伏被捕。叶兴城，副处长方嘉树等人不眠不休，对李正勋进行轮番审讯，可他就是不松口。
76号的监狱里弥漫着血腥之气，共产党员李正勋被严刑拷打了三天三夜，他遍体鳞伤，血肉模糊，可他就是不肯说出杜鹃的下落。陶玉玲是共产党地下工作者，以求医之名带着女儿和儿子来上海，她把孩子们安顿到兴华旅馆，对女儿千叮咛万嘱咐一番，然后反锁房门就匆匆出去了。
陶玉玲来天和畅饭馆找未婚夫老赵，老赵也是地下党，他以饭店为掩护展开地下工作。两个人久别重逢，激动之情溢于言表，老赵顾不上和陶玉玲诉说离别之苦，迫不及待向她传达上级的任务，上级担心杜鹃的安全，让陶玉玲和他取得联系，陶玉玲得知方嘉树就是杜鹃，她大为吃惊，他们是老相识，可是多年没见了，她担心方嘉树认不出她来，老赵把接头暗号告诉她。老赵突然听到窗外有人偷听，急忙追出来，那个人吓得狼狈逃窜，老赵叫上伙计去追他。姐姐想打开房门出去，她费了九牛二虎之力也打不开，她只好耐心等待。
李正勋被打得又一次晕死过去，叶兴城很不耐烦，他又困又累，让帝国医科大学毕业的方嘉树给李正勋打一剂强心针，李正勋纹丝没动，叶兴城很沮丧，对潜伏在76号的地下党杜鹃恨之入骨，方嘉树气定神闲地说出他们都有嫌疑的话，在场的特工都噤若寒蝉，叶兴城想再补一枪让李正勋彻底毙命，方嘉树借口要拍照留档，他好说歹说把叶兴城劝走，叶兴城硬着头皮去找李力行复命，催方嘉树尽快来和他汇合。
方嘉树把李正勋推到太平间，给他注射了一针强心剂，强行把他喊醒。李正勋拼尽最后一口气讲述了事情的经过，他去南翔车站和海潮接头，海潮带来一部电台以及李力行的情报，那是专门给方嘉树的情报，结果遭到76号特务的围攻，海潮把电台藏在车站，李正勋提醒方嘉树小心内部的叛徒，说完这一番话，李正勋就牺牲了。
陶玉玲和老赵等人对那个人穷追不舍，那个人一边撤退一边还击，把老赵打伤，陶玉玲堵住那个人，那个人承认听到他们接头的暗号，然后撒腿就跑，老赵强忍疼痛去追那个人，那个人走投无路只好跳河逃生。陶玉玲给老赵简单包扎，老赵催他尽快去和方嘉树联系，以免方嘉树有危险。
方嘉树来钱老板的夜总会向李力行复命，钱老板对旁边陪酒的朱玉恶语相向，方嘉树站出来为朱玉解围，钱老板得知李正勋被打死，对方嘉树和叶兴城出言不逊，大骂76号特工无能，扬言要找丁部长告状，方嘉树气得当场翻脸，把一杯酒泼在他脸上，钱老板顿时傻眼了，他吓得灰溜溜离开。
李力行劝方嘉树不要把此事放在心上，就和夜总会的姑娘们划拳行令，还让输了的朱玉亲方嘉树，朱玉只好照办，方嘉树很难为情。
李力行左拥右抱，和夜总会的姑娘们把酒言欢，方嘉树和叶兴城赶忙识趣地离开，他们为了审讯李正勋三天三夜没合眼，方嘉树想早点回家睡觉，叶兴城请方嘉树去青楼回春院按摩放松一下，方嘉树只好奉陪。
叶兴城和司机贾玉章各自进了自己的包间，方嘉树事先和按摩技师说好，如果他睡着了，技师就不用再按摩，方嘉树假装睡着，按摩技师见状离开，方嘉树悄悄离开了回春院，他连夜来到南翔车站，想找到海潮藏在这里的手提箱，里面有电台和组织上给他的重要情报，方嘉树巧妙避过车站的巡警，在车站里四处寻找。
叶兴城去卫生间，突然发现方嘉树不见了，他早就对方嘉树有所怀疑，没想到他真的偷偷离开了，叶兴城立刻把贾玉章叫出来，他们分头去找方嘉树，约好了在女同事苏雅露家汇合。方嘉树在车站仓库仔细寻找，终于找到那个手提箱，他立刻开车往回赶。
方嘉树抢先一步来找苏雅露，叶兴城随后赶到，远远看到方嘉树的车在楼下，他气得咬牙切齿，叶兴城对苏雅露仰慕已久，可方嘉树竟然捷足先登，叶兴城在楼下等贾玉章，还特意让贾玉章买了一束鲜花送给苏雅露，他远远看到苏雅露和方嘉树一起离开，还是让贾玉章把鲜花放到苏雅露家门口。苏雅露和方嘉树都是军统特工，他们假扮未婚夫妻，苏雅露一年前把方嘉树调到76号，他们约好了定期把情报汇总向上级报告。
苏雅露陪方嘉树吃早饭，上级让他们尽快找出潜伏在76号的共产党特工杜鹃，苏雅露想尽快和方嘉树结婚，方嘉树借口在老家有老婆推诿，苏雅露赌气要嫁给叶兴城，方嘉树提醒她以工作为重，李力行和叶兴城都怀疑他是共产党，他不敢有丝毫差错。
陶玉玲费尽周折终于找到76号，以方嘉树太太的名义来找他。早饭后，方嘉树把手提箱带回家，里面装了一部电台，还有一张纸条，上面写了关于李力行的情报，方嘉树突然接到叶兴城的电话，他急匆匆赶回76号。叶兴城带着所有同仁在大门口迎接方嘉树，庆祝他们夫妻团聚。
陶玉玲一见到方嘉树，不容分说就冲上前解他的衣服，确认方嘉树肩膀上有那颗黑痣，才和方嘉树相认，叶兴城终于可以光明正大追求苏雅露，心里别提多开心了，他给陶玉玲找了一身干净衣服换上，然后缠着陶玉玲问东问西。方嘉树和陶玉玲从小一起长大，他们之间没有任何生疏感，陶玉玲在叶兴城面前对答如流，叶兴城催方嘉树带着陶玉玲回家，陶玉玲主动提出帮叶兴城介绍对象。
方嘉树带陶玉玲回家，陶玉玲迫不及待说出接头暗语，方嘉树想起李正勋临死前对他的提醒，怀疑陶玉玲是奸细派来的，陶玉玲只好说出旧的接头暗语，把赵全章为追叛徒受伤的事说出来，方嘉树半信半疑，仔细盘问其中细节，陶玉玲着急让方嘉树去救赵全章，一再表明自己身份，方嘉树还是不能确定，就把她捆在柜子里，才放心出门去找赵全章。
叶兴城故意录下方嘉树和陶玉玲的吵闹声，然后拿来向苏雅露示好，苏雅露根本不买账。方嘉树来到陶玉玲说的地方，没有发现任何异常，确定赵全章已经顺利逃脱，他还是怀疑陶玉玲的身份，继续捆着她不放。
方嘉树喂陶玉玲吃饭，陶玉玲才想起孩子们还在旅馆等她，她一口咬定小石头是方嘉树的，方嘉树根本不信，他们小时候有婚约，可他去日本留学前给陶玉玲写了休书。方嘉树突然接到叶兴城的电话，李力行召集他们开会，方嘉树把陶玉玲关到柜子里，答应去旅馆找孩子们。
李力行怒气冲冲来开会，发誓要把藏在76号的杜鹃抓出来，去年他在听雪轩抓了女共产党陈雪，现场只有方嘉树和叶兴城，陈雪指认叶兴城是她的同伙，叶兴城急得大声喊冤。李力行拿出南翔车站搜集的证据，对叶兴城和方嘉树等人破口大骂，把证据扔在叶兴城脸上，逼他们尽快查出杜鹃的下落。
会后，叶兴城来找方嘉树大吐苦水，方嘉树对他好言相劝，李力行是叶兴城的姐夫，他不会怀疑叶兴城的，叶兴城催方嘉树尽快和苏雅露分手，方嘉树不许他多管闲事，然后就来找苏雅露。苏雅露故意在同事面前让方嘉树难堪，然后悄悄向他传达了上级银狐的命令，让他们尽快找出杜鹃，银狐接到情报，共产党派代号麻子的人会找杜鹃接头。苏雅露怀疑陶玉玲的身份，方嘉树反复讲明他们从小一起长大的发小。
叶兴城派贾玉章秘密调查方嘉树和李正勋有没有关系，结果一无所获，只是李正勋脸上的表情很怪异，叶兴城不甘心就此放弃，他赶忙来查看李正勋的尸体，发现他是微笑着离开的，贾玉章出主意栽赃陷害方嘉树是杜鹃，然后静观其变，叶兴城觉得此计可行。
方嘉树来到约定地点蹲守，远远看到震旦大学教授孙怀民进了咖啡馆，他打电话到咖啡馆，孙怀民准确说出接头暗号，方嘉树把见面地点改在大戏院门口，他乔装改扮来到大戏院，把孙怀民带到安全地点，孙怀民只知道李正勋有一个女朋友，方嘉树清楚地记得李正勋临死前说过他怀疑两个人出卖了他，一个是孙怀民，一个是他未婚妻唐星如。
方嘉树把关在大衣柜的陶玉玲叫出来，他们俩都准确说出接头暗号，方嘉树一时难辨真假，因为组织上派人和他单线联系，暗号不可能再告诉第三个人。