在對抗勝利前夕，潛伏在軍統的地下黨員歐孝安從日軍生化毒氣研究所監獄中成功越獄，途中受重傷昏迷，被中國遠徵軍發現並救走。甦醒後的歐孝安發現自己失去了在監獄近四年的記憶。

歐孝安以四年前記憶的終點為起點，撿拾零星記憶，秘密調查並意圖揭露日本間諜黎少堂的罪惡嘴臉。期間，他與地下黨員覃莫卿從相互質疑、試探，到聯手合作，找到了日軍生化毒氣研究所，抓獲了日軍情報司令長官大橋和野。

抗戰勝利後，國民黨準備全盤接收日軍生化毒氣研究所遺留的“人、財、物”，為日後與黨作戰作準備。歐孝安獲悉了這個情報並粉碎了這個惡毒計劃，同時揭露了黎少堂日本間諜的真面目，在地下黨內代號為「孤星」的歐孝安終於回到了黨組織的懷抱。

1945年3月，緬甸臘戌拉卡山谷，電閃雷鳴，暴雨如注，密林之中，軍統特工歐孝安與另一男子拼命逃跑，並不時躲避著身後日本兵的射擊。

男子大腿中彈倒地，從衣服上撕下有9548字樣的布條交給歐孝安，作為日後見面的身份證明。由中國遠徵軍和美軍組成的搜巡小分隊在清除日軍基地時遭遇伏擊，覃墨卿（中國遠徵軍新編第一軍38師軍醫）帶隊趕往救治。

「日本兵」繳了毛仁興的槍，逼著毛仁興說了當下的年代及週邊環境，然後舉手向包圍他的遠徵軍投降，不料被惱羞成怒的毛仁興用木棍砸昏過去。

毛仁興很快認出，這「日本兵」是四年前在香港被魏清明親自帶隊鋤奸的原軍統特工歐孝安！軍醫診斷結果為，歐孝安腦部遭受長期嚴重傷害，加上重擊，形成部分失憶。

歐孝安被押至重慶站，站在大樓前，回想四年前時任站長的文一山為他送行的場景。

1939年7月，與靜嫻成婚前夕，他接到命令潛伏上海，打入以大橋和野為最高長官的日軍華東派遣軍情報處。

1941年4月，大橋和野為了製造藉口抓捕學生，從而迫使葉宣民現身，在虹口公園公開演講。遊行的青年學生紛紛聚集，假扮成學生的特務向大橋射擊。

歐孝安回到住處急忙燒毀「落櫻」資料，曾繼武帶著憲兵上門，帶歐孝安去審訊室見大橋和野。刑架上的樓明遠遍體鱗傷，大橋請歐孝安幫他審問。

歐孝安機智應對。樓明遠被注射吐真劑，意識不受控制，用吼唱《國際歌》來抵抗幻覺。汪秋水向覃墨卿傳達了組織批准她成為候補黨員的決定。

覃得知有一批醫藥物資急需轉運，表示她有機會從哥哥那裡拿到運輸通行證。

馮靜嫻來到黎少堂辦公室，希望他能救歐孝安一命。黎少堂表示會盡力。在一樓大廳，馮靜嫻遇見被押進來的歐孝安。

她忍著眼淚狠狠告訴歐孝安，自己要跟黎少堂結婚了，他對她很好，不像你是個漢姦！歐孝安一直記得有個聲音告訴他“黎少堂是日本間諜”，他對馮靜嫻吼叫著“黎少堂是漢姦”。

重慶站機要科一連截獲五封密電，顯示大橋和野已經把8400枚毒氣彈運抵國內5個地點藏匿，但地點無法破解。

對此，文一山認為歐孝安說重慶站有日本人的內鬼，是對的。魏清明表示，遠徵軍抓到了日本軍醫安藤元吉，正在押往重慶的路上，到時毒氣在哪、內鬼是誰，都會水落石出。

馮氍年怕黎少堂真的是日本間諜，要吳媽把女兒結婚的喜帖都收起來，先不寄出。文一山深夜來到禁閉室，暗示歐孝安要為自己或黎少堂的身份尋找證據。馮氍年嚴肅地告訴黎少堂，歐孝安指控他是日本間諜，這到底是怎麼一回事？黎少堂狡辯。第二天早上，警鈴驟然響起，歐孝安自殺了！

靜嫻從吳媽口中得知，爸爸不讓發結婚請帖，神情沮喪。黎少堂夜裡回家，發覺有人進過書房，立即檢查《國內各大城市防空洞布局圖和設計圖》等文件及密碼本《三國演義》小說，被歐孝安控制。歐孝安把黎少堂剛檢查過的文件和書籍全部帶走離開。走入小巷，歐孝安對跟蹤而來的覃墨卿說，今天她送的報紙上有聯絡暗號，但他已經忘了聯絡暗號和聯絡人。

審訊二室，安藤元吉知無不言，但他在810只負責與人腦相關的記憶挾持實驗，而“落櫻”計劃是生化方面的研究，因此他對魏清明最關心的問題一個也回答不了，魏清明暴跳如雷。審訊一室，毛仁興審問歐孝安，歐孝安反客為主，企圖從毛仁興嘴上了解更多黎少堂的資訊。毛仁興惱火，嚇唬道，軍統已經抓住了安藤元吉，到時候就能指認歐孝安在810的一切。

魏清明召集兩位站長開會，提出先解決歐孝安的身份問題，讓歐孝安與安藤元吉對質！文一山、馮氍年同意。魏清明查閱黎少堂的甄別檔案，發現缺第28頁，查檔案管理員得知，檔案是沈從吾親自歸的檔。歐孝安看到安藤元吉的那一刻，810監獄的畫面片段紛紛襲來。

1941年3月，苗江把《軍統駐上海特務機關及其人員名單》交給田中浩二，正式成為大橋和野安插在軍統重慶站的內鬼，代號「麋鹿」。苗江擔心暴露，田中告訴她大橋自有安排。隨即，日本《讀賣新聞》刊登了《歐孝安脫離蔣政府啟事》，軍統因此證實是歐孝安出賣了軍統駐上海情報網。

1941年5月，黎少堂向沈從吾交代了作為「日晷」與共黨樓明遠的交往經過，還表示要留在軍統，在生化方面為黨國效力。隨後，黎少堂進入青浦訓練班，訓練結束後加入重慶站。沈從吾告訴黎少堂，他跟共黨霍明達取得聯絡之後，與「野草」相關的電台明顯活躍起來。但是「野草」為什麼沒有出現、沒有在測謊時出手呢？

葉宣民得知810監獄的牢房內只剩下在病毒實驗中形成抗體的囚犯，便開始絕食，以此阻斷大橋的病毒研究。大橋命令醫生給葉宣民注射葡萄糖液，確保在810轉移過程中能活著。歐孝安接受了魯斯醫師的第一次治療，確實什麼都沒有想起來。覃墨卿將信將疑，希望歐孝安想起什麼都能及時告訴她，他想起的每一個片段都很重要，他們兩個的目標是一致的。

柳鈀鳳帶人拆除了裝在黎少堂家的竊聽器。沈從吾開會宣布810特別調查小組正式成立，任務是找到810、活捉大橋和野、查清8400枚毒氣彈的藏匿地點。歐孝安當場表示異議，認為還應該查站裡的日本姦細！沈從吾無視。會後，黎少堂向歐孝安表示要盡釋前嫌，不再懷疑彼此。

沈從吾專門召集810小組開會，興奮地報告了一個好消息，遠徵軍38師找到了810，而且捕獲了原關押在810的22名共黨分子！覃莫卿將遠徵軍搜到810的情報緊急傳給汪秋水。汪秋水立刻找到汪雲傑，要求不惜暴露電台、犧牲生命，也要把情報發出去。汪秋水負責準備乾電池，汪雲傑負責聯絡黎少堂，了解國軍押送生化資料及22名我黨同志的時間和路線，然後到郊外發報。

汪雲傑使調虎離山計，趁特務撤離去學堂灣之機，把情報送給老何。沈從吾帶領特務埋伏在學堂灣，久久不見「野草」和汪雲傑，心生疑惑，派孫主住去醫院看住歐孝安、覃墨卿。汪秋水譯完情報，告訴弟弟，「黎已叛變」四字寧可信其有，要提防黎少堂，濟世堂已經暴露，馬上放棄。孫秘書在治療室外看不到歐孝安的臉，要魯斯醫生開門，魯斯醫生不開門，孫秘書正要砸門時，歐孝安把門打開了，孫秘書愣住。

特務衝進來駿升家，搜查發現是一隻公雞啄食摁動了發報機的摁鍵，發出了訊號。電訊科初步調查，發報機是來駿升用科里的零件組裝，人已逃走。沈從吾、黎少堂尷尬。汪秋水思念弟弟，萬分悲痛，夜不能眠。覃墨卿回家見有兩特務在家附近監視，引誘特務來到咖啡屋，警告特務絕對不得打擾她家人。

覃濟儒和三位太太給覃墨卿隆重介紹周若飛，她應付幾句後便獨自上樓了。悅來酒樓裡，歐孝安問黎少堂：為什麼你的甄別材料缺了28頁？黎少堂回答是有關身分問題。歐孝安表示滿意，拿出「9548」條，告訴他，9548是與他一同逃出810的人，那天他去找9548了，找到9548就能證明你的身分。

歐孝安回憶，1941年5月，他進入810監獄後徹底絕望，開始絕食，直到第四天見到葉宣民，才重新燃起了生的希望。葉宣民向歐孝安介紹了樓明遠的一生，那張《太平年》唱片就是當時樓明遠人生的一道光，引導他走上了革命道路。並告訴他，他是樓明遠想要發展的候補黨員。

被綁在治療椅上進行電擊、注射藥劑的歐孝安始終不肯為大橋和野默寫「落櫻」資料，直到大橋和野拿出一張馮靜嫻在學校門口的照片，才不得不答應大橋的要求。從此，歐孝安每天痛苦地為大橋默寫「落櫻」計畫資料。為了讓歐孝安每天默寫更多資料，大橋暫時停止了安藤的記憶挾持實驗。

記憶挾持實驗使歐孝安身體狀態急劇惡化，歐孝安告訴大橋玲子，他與所有囚犯都是大橋的實驗活體，都將痛苦地死去。玲子同情，說她也​​是中國人，是被大橋領養的。魏清明問歐孝安知不知道周思平等人的名字？歐孝安說他不記得了。魏清明把810獄中囚犯寫的信書拍到他面前！

軍統重慶站大會議室的所有人都注視著歐孝安。魏清明讓覃墨卿念那些信，念完李滿秋，又念周思平。歐孝安腦中滿是他們在810獄中遭受病毒實驗、與大橋和野進行鬥爭的畫面。覃墨卿悲痛難忍躲進洗手間流淚。文一山委婉制止魏清明對歐孝安的糾纏，魏仍不依不撓，說他就算不是共黨，也還有個漢奸的罪名。

調查發現，毛仁興透過弟弟的空殼公司與覃濟儒有重大經濟往來。魏清明懷疑這次毛仁興與覃濟儒一起在為日本人運送毒氣彈，那麼覃墨卿也難證清白。歐孝安、黎少堂、覃墨卿的車到達息烽檢查站附近，覃墨卿接獲文一山的指令，即刻回渝。回到重慶站的覃墨卿得知此事原委，表示會查清楚哥哥有沒有在幫日本人做事。

魏清明暴跳如雷，指責覃墨卿把毛仁興走私鴉片的事捅給委員長，懷疑是跟歐孝安一起搞事情。覃墨卿表示，是她一個人的主意。覃濟儒和三姨太商量應對辦法。覃墨卿竊聽，很是揪心。歐孝安、黎少堂押著毛仁興坐一輛吉普車在前面開路。突然，車輪陷入坑里，接著一梭子彈打在毛仁興一側的車門上。

兄妹倆激烈爭辯，覃墨卿認為，覃濟儒即使為國家捐贈什麼，都是為了自己的利益，不是真正為了抗爭。覃濟儒認為，他有些事情即使為了利益，也是為了家，有些事是做得不對，但那是不得意而為之，是覃墨卿太天真了。613滇緬鴉片走私案作出判決，判處毛仁興死刑。

曾繼武交代說，重慶站內的日本姦細，代號麋鹿，具體身份不明。他證明歐孝安在施高塔路時沒有出賣軍統。在歐孝安的一再威逼下，他才交出了最關鍵的一張投名狀：四天后，上海日軍司令部將派飛機去貴州接大橋和幾個生化專家，還有從810帶出來的囚犯。他單獨跟魏清明說明了大橋搭飛機的機場座標，並說陳珂也在囚犯當中。

大橋帶著生化專家和「落櫻」資料前往機場。離機場不遠的公路被摧毀，覃莫卿指揮特務就近在公里兩側埋伏。依照魏清明的部署，曾繼武負責接應大橋。國民黨邀請代表出席重慶抗戰勝利集會並參加和談。王淳先行來重慶。汪秋水認為，國民黨不顧民眾安危，在大橋已經把毒氣彈運抵重慶的情況下舉行集會、召開和談，組織上應該拒絕參加。

覃莫卿在包紮傷病員時，從盧子明口中得知葉宣民、李滿秋被丟進了附近的河裡。20軍七九四團團長楊介力接到文一山電報趕來剿共，文一山卻自己把遊擊隊放走了，楊介力生氣，安排好吃好喝招待，才把楊團長安撫住。文一山連夜審訊大橋和野，一無所獲。夜深人靜，覃莫卿獨自沿著河岸搜索，果然發現了葉宣民和李滿秋。

院長告訴覃墨卿，陳珂患有急性肝損傷，需要調劑一種進口藥多烯磷脂醯膽鹼。這時曾繼武要把葉宣民二人調到另外病房，覃墨卿阻止不成，警告他別讓兩人出什麼事。汪秋水聽了覃莫卿對陳書記狀況的報告，馬上報告上級組織營救。苗江拿著魏站長諭令接手看管大橋和野，以為能有所收穫，不料大橋告訴她，他不會說出“嵐山”，也不允許誰搶走“落櫻”計劃。

苗江將陸軍醫院裡面的所有人員轉移到一所廢棄的學校內。她向魏清明保證，一定會從那幾個人中審出他想要的覃墨卿通共的證據。黎少堂從馮氍年的話中得知大橋已經被關在重慶，於是命手下暗查，終於查到華江別墅很可疑。黎少堂以最熟悉「落櫻」計畫、生化專業為由，向魏清明要求審問大橋。

王淳趕到絞刑現場時，大橋絞刑已執行完畢。王淳指責張作霖，出爾反爾，不講信用，這就是你們國民黨的一貫作風！國民政府軍事委員會表彰抓捕大橋和野有功人員，沈從吾宣讀嘉獎令。魏清明安慰苗江，重慶站上報時，她與覃墨卿一併受獎的。他告訴苗江，曾繼武是一隻會咬人的狗，如果覃墨卿有問題，他一定會幫我們咬出來。

覃墨卿決定請歐孝安幫忙截住鄭邦耀，說願意用查到盧子明等人下落的情報做交換。歐孝安清楚鄭邦耀這事對覃墨卿的危險極大，答應幫忙。歐孝安在半路截住鄭邦耀的車，鄭邦耀認出了歐孝安，有些懷疑卻又不敢違抗，就讓歐孝安開著他的車。歐孝安的身份沒有確認，讓他參與這場活動，汪秋水很擔心。

黎少堂給沈從吾送請貼，沈給黎看大橋交代的「落櫻」資料，黎驚喜。沈表示完成與大橋交易的最大障礙仍然是站內的共黨“內鬼”，黎少堂提出了利用葉宣民清除共黨“內鬼”的“白蟻計劃”。千禾惠子給苗江送來了試驗用的毒氣彈等。苗江馬上用從810營救出來的人做毒氣彈野外殺傷力測試。

馮毓年確認李大春死後，開車離開，路邊丟著一把鑰匙和「渝江飯店」鑰匙牌。婚禮現場熱烈隆重，馮氍年神情嚴肅地走進化妝間，對黎少堂不冷不熱。歐孝安為晚上救援做最後的準備，覃墨卿送了防彈衣給他。魏清明、苗江來到婚禮現場。苗江擔心廢棄學校那邊出事，魏清明認為有曾繼武在她可以放心。

馮靜嫻的呼救聲突然響起，現場亂成一團。文一山連夜把歐孝安、覃墨卿兩個徒弟叫到一起，要二位查明兇手是苗江，從而剷除魏清明的勢力，奪回站長的位置。老闆明確指示，馮氍年案一定與共黨有關，並儘快破案。魏清明接到苗江電話，趕到廢棄學校，懷疑是覃墨卿帶警察所為。黎少堂得知，馮氍年辦成由兩名共黨所為，他若有所思。

歐孝安、覃墨卿調查玖榮貿易公司得知，確有一輛貨車在畹町被日本兵劫了，9548可能被關在戰俘營，隨時可能被黎少堂發現並殺害。歐孝安、覃墨卿用日本人名義向軍委會和美國記者寫信，檢舉戰俘營殺死、虐待戰俘的情況。馮靜嫻更依賴黎少堂，辭去了小學老師的工作。

原來，中村在拿取最後一批「落櫻」資料時不慎暴露，於是放火試圖燒毀資料室。被捕後，大橋給他注射了吐真劑，洩密了與樓明遠等聯絡細節，導致樓明遠被捕，黎少堂代替「日晷」潛入軍統，並在歐孝安回重慶後聯絡。大橋得知9548從戰俘營失踪，指責由於黎少堂工作失誤，才導致「落櫻」計畫不斷被共黨分子所阻撓。

中村安全撤離重慶，去延安。黎少堂給沈從吾施壓，說大橋不會在離開大陸前說出生化武器的位置。千禾惠子要苗江“等待”，等待明天對大橋和野公開審判的結果。汪秋水安排明天大橋審判時，歐孝安與覃墨卿的任務分工。一大早，黎少堂找到文一山，說共黨要歐孝安在今天的法庭上把一份810進行人體實驗的物證公之於眾。文一山表示，誰要損害黨國利益，他絕不安寧！

覃墨卿駕車衝向河中。這是昨天晚上，她向汪秋水姐再三爭取的方式，以確保歐孝安不會被軍統懷疑。沈從吾惱羞成怒，和特務一齊向河裡射擊。受傷的歐孝安一臉痛苦。葉宣民回顧總結覃墨卿潛伏軍統期間為革命事業所做的貢獻。當黎少堂向文一山查問覃墨卿下落時，歐孝安趕來向老師復命。文一山要黎少堂向沈從吾核實歐孝安剛才說的是不是真實。

沈從吾、周若飛齊聚千禾惠子家，商量「落櫻」計畫的最後步驟。汪秋水、歐孝安討論部署明天勝利集會上保護我黨代表和人民群眾生命安全的辦法和措施。歐孝安召集手下，連夜搜查會場周圍的所有地方。到第二天早上離集會開始還有兩個小時，已查獲毒氣彈300多枚，但是毒氣彈還源源不斷地在會場週邊出現。歐孝安分析，會場四周昨天已經封路，顯示敵人早已把大量毒氣彈存放在會場附近。