1937年南京沦陷前夕，爱国学生楚香雪与地下党男友吴兵策划刺杀汉奸，却被暗恋她的大学同学梁冬哥意外撞见。混乱之中，梁冬哥误杀吴兵，自己也被卷入一桩军事泄密大案，最终身陷死牢。南京失守后，他侥幸越狱，并在不知情的情况下救出奄奄一息的狱友、汉奸特务李丙元。逃亡途中，梁冬哥结识了对他一见钟情的李婉，两人落入日军之手，后被国民党特工队长楚立言救出。加入抗日队伍后，梁冬哥接受严格训练，逐渐成长为一名身怀绝技的特工。
几个月后，楚立言率梁冬哥秘密抵达上海，执行潜伏任务。与此同时，楚香雪携带地下党男友临终前托付的绝密名单神秘现身。梁冬哥惊讶地发现，大学恩师邵恕安已经成为日伪占领区上海滩的风云大亨；自己曾经救过的李丙元，则摇身一变成了汪伪上海特工部的头目；而始终对他情深不改的李婉，竟是李丙元最疼爱的亲妹妹。为争夺楚香雪手中的绝密名单，国民党、共产党与日伪三方在上海展开激烈较量，梁冬哥和楚香雪也在扑朔迷离的间谍战中经历着重重情感冲击与考验。
关键时刻，国民党秘密派出重量级卧底将军唐浩峰前往上海，各方政治角力的格局随之骤然改变。奉地下党领导邵恕安之命，楚香雪成为唐浩峰的机要秘书；梁冬哥则接受任务，利用李婉对自己的感情，打入李丙元的特工总部。随着多方势力不断交锋，梁冬哥也陷入了对楚香雪和李婉两人的感情迷局。为了团结唐浩峰共同抗日，并保护我党高级领导人，邵恕安不惜舍生取义。深受震动的梁冬哥终于完成蜕变，从一名爱国青年成长为真正的抗战精英，与楚香雪并肩迎接同敌人的最后生死较量。
