1937年中日战局吃紧，国民政府撤离南京，迁都重庆。时任国防部二厅特侦处处长的陆从骏，被任命为国民政府最高机密破译部门——“黑室”负责人。

陆从骏在“黑室”的创始人杜先生处了解到，“黑室”不可或缺的王牌人物陈家鹄依然安全且即将回国，同时，杜先生的机要秘书林蓉蓉和陆从骏的搭档孙立仁也被派往“黑室”。陈家鹄师从于日本军用密码之父——炎武次二，带着自己的日本妻子惠子回重庆以图报效祖国。李政时任兵器部人力处处长，实际身份是重庆中共地下党员，他的任务就是引领陈家鹄去往延安。陈家鹄刚一回国就遭到日本特工的刺杀，幸遇共产党特工老钱搭救。

陆从骏和杜先生得知陈家鹄安全如释重负，然而，由于陈家鹄的重要性以及他有一位日本妻子，陆从骏决定不急于招陈家鹄进“黑室”。陆从骏安排与陈家鹄茶楼相见并试探。陈家鹄从茶楼离开遭遇日本特工刺杀，撤离途中一名共产党人为保护陈家鹄牺牲。惠子日本人的身份扰乱了陈家人的正常生活，无奈之下，陈家鹄决定带惠子从家里搬走。此时，惠子的哥哥相井也作为军人被派往中国。

相井被派往中国的任务是重新组建特别行动组，并且具体负责刺杀行动。令相井意外的是第一个刺杀目标便是陈家鹄，相井深夜潜人妹妹家，出于对妹妹深切的关爱迟迟不忍下手，最终无功而返，撤离中杀死两名保护陈家鹄的军统特工。

得知保护陈家鹄的特工被杀，随即陈家鹄被绑架至“黑室”，共产党也为更好的对陈家鹄进行安全保护，唤醒潜伏在国民党内多年的共产党特工林蓉蓉。