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(张嘉译 饰)和假扮他妻子的顾秋妍(小宋佳 饰)在火车站接头。周乙真正的妻子孙悦剑(咏梅 饰)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中弹被特务科的人抓获，另一人小董(宋家腾 饰)则驾马车往山里运送药品。特务头目高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一伙不明身份的人劫持。顾秋妍不听周乙的命令将给山上的电报发了两遍，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(封柏 饰)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。周乙和顾秋妍在高科长的严密布控下成功发出一条长电报。在特高科的强行逼供下，张平钧至死没有供出顾秋妍的下落。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(程煜 饰)周乙等人随军队进山剿匪，在双方激战的过程中中…
