故事发生在一九三八年到一九四五年的中国东北。一九三九年新年的前一天，身为共产党特工的周乙和假扮他妻子的顾秋妍在火车站接头。周乙真正的妻子孙悦剑被组织派来成为新的联络人。她与周乙见面，并告诉他，近几日会有电台、药品运送到山上。负责运送药品的老汪在路上被特务科的人抓获，另一人小董则驾马车，往山里运送药品。特务头目高彬科长得到线索，集结队伍来到孙悦剑住的旅馆。前来报讯的顾秋妍截下了携电台回旅馆的孙悦剑。小董和运送药品的马车被土匪劫持。顾秋妍不听周乙的命令，给抗联发了两遍电报，差点暴露。由于接不到抗联电台的回复，顾秋妍心急如焚。她自作主张找到了丈夫的弟弟张平钧擅自行动，差点暴露身份。没有任何地下工作经验的张平钧和自己的女友一起，被佳木斯特务机关抓获，后被转回哈尔滨警察厅特务科。周乙和顾秋妍在高彬的严密布控下，成功发出一条长电报。在特务科的强行逼供下，张平钧至死没有供出顾秋妍的信息。周乙查到了松花江码头上的黑帮关大帅与土匪有密切联系，得知了药品和被绑人质的下落。周乙利用日本宪兵队的压力，调查关大帅。在日本高层的干预下，彻底打击了关大帅在码头的势力。高彬、周乙等人随军队进山剿匪，在双方激战的过程中中，土匪头子被打死。周乙在对小董的审讯中，了解到他是一个真正可靠的人。小董在警察厅经受住了各种考验。顾秋妍光顾瓦西里耶夫开的俄罗斯餐厅，并获得了其好感，确认了“乌苏里虎事件”的情报。周乙怀疑，神秘女人的丈夫老邱是潜伏在抗联内部的奸细，事实也是如此。周乙设计除掉了两人。损失了两名手下，激发了高彬的决心，特务科内部开始了新一轮查找奸细的行动。周乙和顾秋妍冒着生命危险，向苏联境内发报了乌苏里虎计划的有关细节。两人在深林发送信号时遭遇极大的险境，顾秋妍不知所踪。周乙将逃过一劫的顾秋妍接走，并送她和久别的丈夫张平汝团聚。数天后，苏联情报机关阻止了试图震惊世界的“乌苏里虎计划”。为找出潜伏在警察厅的共产党特工，高彬派人全面监听每位下属的电话。高彬有意把目标引向刘魁，让他做一个诱饵，找出特务科卧底。面对狡猾的对手高彬，周乙找到了证实刘魁无辜的证据，搅乱了高彬的反奸计。高彬自行将周乙从怀疑人员的名单中勾掉。秋天到了，顾秋妍生下了一个孩子：莎莎。周乙与顾秋妍除了没有同床共枕，两个人的关系，越来越真实。高彬为了挖出特务科卧底的真实身份，已经层层部署。周乙和顾秋妍对即将来到的大搜捕充满了担忧，却对营救党内同志无能为力。高彬遇刺后苏醒，周乙与顾秋妍同去探望，却遭遇国民党的暗杀团策划的汽车爆炸。周乙、顾秋妍侥幸逃过一劫，周乙却因祸得福，因此不被高彬怀疑。