故事发生在1935年，日本的侵华战争已经开始，他们火速占领了东三省，公然违背国际法，在中国研制和使用细菌武器，进行细菌战，毒气战，拿活人做试验标本，进行活体解剖，在中国犯下的罪恶罄竹难书。日本人在中国东北建立伪满政权，全面加强政治统治，经济掠夺，文化奴役，使东北3000多万的同胞惨遭涂炭。在这样恶劣的背景下，中共人士以及抗日武装力量从未停止过战斗，他们凭借坚定的信念，为了拯救国家的命运前赴后继，死而后已。一个个惊心动魄的生死较量就在东北的白色恐怖中拉开帷幕。
爱国海外归侨医学博士陈佳影（陈数 饰），共产党忠实的信徒，也是高级侦缉专家，这次她受党中央指派，来东北调查日军的细菌实验基地，她来到东北地下组织的联络点，发现这里的通讯设施早已被毁，党组织成员全都遭遇不测，地板上布满血迹和空弹壳，看着惨烈的现场，陈佳影留下了泪水。
为了追查一批即将流入民间的鸦片膏，黑瞎子岭土匪的二当家王大顶（雷佳音 饰）下了山，来到城里他还特意去见见自己的情妇金花。毕竟是土匪出身，王大顶匪性不改，此刻他正吊儿郎当的和金花你侬我侬地唱着东北二人转，正当两人“激情难耐”的时候，王大顶在床上发现了一块陌生的男士手表。正准备给金花点教训，忽然听见隔壁一声脆响，一个人从窗户内被直接抛了出去，当场死亡，玻璃碎片炸了一地，另外一个人从一楼出口跑了出去，后面的警署穷追不舍。意外情况出现，王大顶立刻拿起衣服走了出去。
陈佳影在火车站与地下工作者老冯对上暗号后带他离开，陈佳影告诉老冯东北的地下组织已经遭到彻底破坏，他们走到大街上。宪兵队的警长窦仕骁（李光洁 饰）抓到一名嫌疑人员，几个警员凶狠地围着一个人拿着警棍对他拳打脚踢，日本便衣队的石原队长为了追查一名携带重要证据胶卷的文编辑让窦仕骁协助调查，窦仕骁一口答应。大街上忽然出现了很多便衣和巡警让陈佳影和老冯提高了警惕，两人开始分头行动，陈佳影说在和平饭店汇合。此时大街的另一边王大顶正在和下人们一起喝羊肉汤，看到匆匆出现的窦仕骁，王大顶吓了一跳，他曾为了钱绑了窦仕骁的老婆，害窦仕骁借了高利贷，现在还被高利贷追，为此窦仕骁发誓一定要亲手宰了王大顶，这次冤家路窄，王大顶很是心虚。他缩手缩脑，宪兵队还是朝向他的方向走来，王大顶掀翻了桌子，他想制造混乱趁机逃跑。老冯并不知情还以为宪兵队是针对自己而来，他掏出了手枪，因为寡不敌众，受了枪伤。日本的石原队长很诧异，他要抓的是文编辑，而这个人竟然突然从人群里冲过来并且开了枪，他把奄奄一息的老冯送到医院治疗，想查个究竟。
陈佳影和王大顶为了躲避追查，一前一后上了公交车，陈佳影为老冯的安全担心不已。此时公交车的另一侧，王大顶对这个风姿绰约，气质迷人的女人吸引住了，他轻轻靠过去，这个女人身上散发出来的独特香味更是让王大顶陶醉不已。看着她在和平饭店下了车，王大顶也跟了过去。在推门的一刹那，陈佳影迎面碰上了日本高级军官香鸠将军，眼神的慌乱让香鸠将军有所怀疑，王大顶适时地出现了，还帮她打了掩护，让陈佳影顺利脱身。
王大顶回忆起来了，当时受到枪击的老陈和陈佳影一开始是在一起走的。为了向美女套近乎，王大顶也谎称自己是共党，但没有逃过陈佳影的眼睛，陈佳影一语道破。为了不出意外，陈佳影立刻和这个莫名身份的男人划清界限，让他走人。
王大顶利用一把小小的掏耳勺顺利地打开了一间会议室的大门，正当他为自己的雕虫小技沾沾自喜时，转身发现身后是一大屋子的日本宪兵。之前是为了躲避几只狼，现在却闯入狼窝。正在开会的日本宪兵听到响声纷纷转过头来，寒气渗进了王大顶的每个毛孔，王大顶脑洞大开，谎称自己是香鸠将军特派的设计师，现在专门来这里改进一下装修风格。因为有香鸠将军做幌子，王大顶瞒天过海的糊弄了过去。
王大顶来到大厅，和平饭店已经全面戒严了，想出去已经变的不可能。他看到酒店前台，陈佳影已经遇到了麻烦，警长窦仕骁发现她一个人却开了一间双人套房，他正在盘问陈佳影的丈夫什么时候来，刚好也解决了自己的住处问题，王大顶又顺水推舟做了陈佳影的丈夫。两个人配合默契的进了客房，陈佳影在衣柜里发现了日军正在通缉的文景轩编辑，这下三个各怀目的的人全都聚集一块了。文景轩说自己身上的胶卷就是日军防疫部活体实验的记录，一个良心的中国士兵把他救了出来，希望他把胶卷带出去，有朝一日把日本犯下的滔天罪行公布天下。
门铃响了，巡警房的警察来搜查房间，陈佳影把文编辑藏了起来，故意和王大顶演起夫妻内讧以制造混乱。窦仕骁走上楼层，士兵向他汇报一名叫内尔纳的法国人拒绝接受检查，窦仕骁皱了皱眉，让手下狠狠地揍了这个法国人一顿，并告诉内尔纳，在他管辖的地盘一切都是他说了算。
巡警搜查了王大顶的房间，他们掀开衣柜和床底下都没有任何收获，王大顶非常紧张，他站在花瓶旁边，随时准备拿起花瓶砸向巡警，事实上陈佳影并没有把文景轩藏在屋里，而是把他藏在阳台，巡警走后，陈佳影刚把文景轩拉上来，却听到门外窦仕骁的声音，窦仕骁走进房间内，他仔细打量房间，试探地问陈佳影的职业，这些都被王大顶随机应变了过去。
窦仕骁走后，陈佳影赶紧查看自己的行李箱，发现自己的行李箱被人翻看过，她打开行李箱的夹层，发现党章还在，不禁轻轻松了口气。
石原课长（邢文杰 饰）把窦仕骁叫进办公室，他说法国大使馆已经打来电话问责，窦仕骁说那就解释成在我方执行公务时遭到内尔纳袭警。内尔纳在旁边看到窦仕骁凶狠毒辣的眼神不敢言语。日下大佐（王烈 饰）打来电话给窦仕骁，他从广场上开枪人员的口袋里搜出一张纸条，上面写着和平饭店，让窦仕骁查一下和平饭店有没有同伙。窦仕骁放下电话，让士兵把所有住在和平饭店的散客都叫到了一楼大厅里，加派了更多的人手封锁和平饭店。
陈佳影想趁敌方侦查员没有全部到来之时赶紧带文景轩逃走，王大顶施以援手带他们走到楼顶，想从楼顶逃出去。他们到楼顶发现楼顶已经被落了锁，陈佳影去找撬锁工具，不小心把一枚八一勋章掉落在地上。她寻找撬锁工具的时候，被一名日本兵盘查，幸好有一名女子推开房门后晕了出去，才让陈佳影得以脱身。陈佳影拿到撬棍走上楼顶，王大顶顺利打开了锁，在楼顶上找到了一架梯子，让文景轩通过梯子爬到对面楼上然后逃出去。文景轩逃走时陈佳影告诉他，出去之后把胶卷藏在自己指定的地方，那里自会有人拿到胶卷然后带他转移。
王大顶准备和陈佳影一起爬上楼梯逃脱，陈佳影发现勋章不见了要去找，他们下了楼梯发现勋章已经被伪军捡走，楼顶这时也传来呼叫，日伪军已经发现顶楼被撬了，没办法王大顶和陈佳影只能重新回到屋里，在通往房间的路上，王大顶为了灭口还扭断了一个日本兵的脖子。
王大顶回到房间展开了撩妹攻势，他趁机搂住陈佳影的肩膀，说自己都是为了她才被冲动地掺和进来。陈佳影狠狠顶了王大顶的下身，说他拧断日本兵脖子的同时还不忘把配枪塞到自己裤兜里，这说明他并不冲动。王大顶捂着疼痛难忍的下体觉得这个女人真不简单。
饭店所有的散客都被集中到一楼大厅里，大厅里熙熙攘攘，人头攒动，有两个美国人不满日本兵的做法还起了冲突。陈佳影和王大顶在大厅里密切关注日本兵的一举一动，他们计划从饭店的后堂逃走。王大顶第一次见到了喝醉酒的内尔纳，满头满脸包裹着纱布的内尔纳让王大顶觉得内有蹊跷。
陈佳影从卫生间的窗户探查饭店后厅时，房间里的一个喝醉酒的红唇女人拉住了她，这个红唇女人叫姚苰（孔维 饰），是一名女作家。姚苰直言不讳地说自己学过心理学，觉得陈佳影是个有秘密又封闭的女人，还拉她一起从卫生间走到大厅里。
在大厅里醉酒的姚苰旁若无人地大声朗诵自己写过的华丽诗句，大厅里的宾客为她鼓掌，王大顶问陈佳影姚苰的来历，陈佳影摇摇头，她也不清楚。
文景轩按照陈佳影给自己的地址，找到了同胡柳杨把胶卷塞到一个活动的砖块里，塞完胶卷之后，他看到满大街都是日本兵，为躲避日军的搜索，文景轩匆忙躲在了浴池里。
在酒店大厅日本便衣正在清点人数，趁着空档，王大顶嬉皮笑脸地想要楷陈佳影的油，他说自己可以扛下所有雷，事成之后让陈佳影作他的女人。陈佳影让他正经点，省得再被顶。王大顶开始和她商量计划，准备从厨房后面的窗户逃出去，陈佳影先出去厨房等着，王大顶随后负责引开厨房后面的两个便衣。
窦仕骁让居住在饭店的日本人先撤离，其他国家的宾客有意见，开始站出来表示不满，日本人也刚刚出现一名武士被害，情绪都不好，饭店宾客和日本兵都在隐忍，王大顶趁机画了一张露着大牙的土鳖叠成纸飞机，扔到了日本兵的面前，日本兵看后勃然大怒，大厅里开始骚乱，各国宾客开始和日本兵打了起来。陈佳影趁机逃进了厨房。
就在陈佳影推开厨房门的那一刹那，姚苰突然出现了，她以为陈佳影和她一起是来找吃的，陈佳影为了避免姚苰的怀疑，只能谎说自己真的是来找吃的，姚苰在厨房紧跟着陈佳影，让陈佳影脱不了身，迫不得已陈佳影又重回了饭店。
内尔纳看到大厅一片混乱，他恶作剧地拉下了电闸，大厅里一片漆黑，王大顶看到了拉到电闸的内尔纳，把他打晕，拖进了厨房，想伪造是内尔纳想逃跑的假象，然后和陈佳影一同逃跑。窦仕骁开始觉得不对劲，他下令关闭所有的出口和窗户。王大顶用昏迷的内尔纳引开日本兵，用火引爆了厨房的煤气，然后打开窗户，就在陈佳影和王大顶快要冲出饭店的大门时，看到了和平饭店外面大量的宪兵潮水一般地涌了进来。
这下真的逃不脱了，王大顶和陈佳影又重新回到和平饭店内，躲在一间卫生间里，日本兵过来搜查，王大顶急中生智把陈佳影砸晕，然后把手枪放在他们身边制造假象，紧接着也把自己砸晕了。
当陈佳影苏醒的时候，窦仕骁就在她身边，他拿着那枚八一勋章问陈佳影是不是她的，王大顶苏醒过来说是内尔纳把他们害了，内尔纳用手枪劫持了他们，把他们逼迫到卫生间里，然后他们被砸晕。至于那把手枪，这完全是内尔纳设计陷害。窦仕骁并没有被他们蒙蔽，他详细说出了自己的推测，听到窦仕骁的推测与陈佳影和他的逃脱步骤完全吻合，王大顶心中大惊，但还是故意说窦仕骁很会猜想，陈佳影也借机说如果都如窦警长的猜测，这里就永远不得安宁了。
窦仕骁走后，陈佳影在王大顶手上开始写字，他们在对串词，防止窦仕骁对他们单独进行审讯。窦仕骁对内尔纳进行严打拷问，浑身是伤的内尔纳对发生的一切都很茫然，他反复对窦仕骁强调，自己是被砸晕的，也不知道是怎么出现在厨房里，他中途醒来时王大顶又把他砸晕了。内尔纳的供词并没有帮他摆脱嫌疑，反而遭来了更加严重的拷打。
日本石原课长问窦仕骁怎样应对法国使馆的问询，窦仕骁拿着那枚八一勋章交给石原，让他对法国大使馆说，怀疑内尔纳参与共产党活动，这样法国大使馆就无话可说了。
隐藏在城里的地下党同志唐凌（张岩 饰），一直扮演着黄包车车夫随时等待着上级的调遣，这天他从那个活动的砖缝里发现了自己被启用的信号。胶卷里面加有一张带着香水味道的空白纸，这是陈佳影在暗示他协助带胶卷的人撤离。