1949 年,解放战争尾声,上海敌人势力依旧强大。深夜,爱国科学家在共产党护送下撤离,却陷入国民党特务埋伏。留美归国少女丁芷寒(温峥嵘 饰)随父母转移,幸得地下党员祝中华(徐僧 饰)舍身相救,可父母与其他科学家惨遭杀害,祝中华也受伤被捕。行动屡屡失败,上海地下党怀疑队伍中有叛徒,且种种疑点指向祝中华,唯有其义父况宝山(杨树泉 饰)深信他。此时,祝中华从陆军医院逃脱,党组织决定审判他。在丁家找到他后,截获的敌特电报直指祝中华已叛变,罪证确凿,党组织欲处决他,可他却神秘失踪,党组织遂下令追杀。丁芷寒发现家人之死是国民党特务所为,幕后黑手是保密局上海站站长于盛龙(张志坚 饰)和叛徒。得知祝中华被疑为叛徒后,她与祝中华订下半年之约,放他离开,自己则接近保密局通讯科科长兰飞(赵阳 饰),成为于盛龙的秘书,多次为党组织获取情报、营救同志。但叛徒 “飞鹰” 身份仍未查明。兰飞发现丁芷寒身份后选择守护,可丁芷寒却爱上了祝中华。地下党组织因叛徒出卖频遭重创,所有证据再度指向祝中华,祝中华被锄奸组击毙。丁芷寒悲痛之余,因与祝中华私自联系遭党组织怀疑。解放前夕,又出现叛徒 “地龙”,上海地下党损失惨重。丁芷寒在于盛龙保险柜发现贾中全是 “飞鹰” 的委任状,为证实 “地龙” 身份继续潜伏,却因身份暴露被关入死牢,还被党组织列入死亡名单。上海解放,丁芷寒和兰飞被救出,重回于盛龙办公室,等待他们的是意想不到的结果。
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