在一次与日军的遭遇战中，国军军官石永凯在被炸翻的军车里救出国军守备司令部作战参谋赵兰蕙。由于日军众多，石永凯率部佯装成日军中岛联队的工兵部队才得以突出重围，并在途中救下守备司令部的张司令。回到参谋部后，石永凯才从上司蒋家骥处得知，张司令身上竟然带着南京防御作战的全盘计划。但是石永凯又对救下张司令的过程感到蹊跷，因为张司令当时的车顶有明显给日军飞机轰炸的新标记。军校举行扩大总理纪念活动，石永凯被安排带特务连保卫。活动现场，石永凯发现一个疑似日军宪特的人，但因为未带枪而没有现场将其抓住。由于涉事严重，上级专门设立了临时调查组，并令赵兰蕙任组长，石永凯任副组长，限期破案。赵兰蕙把一家山货店当成日本特高科的秘密联络点，却被石永凯否定，原因在于日本特高部门行事缜密，不会在如此冷清的地方设置联络点，太容易引人怀疑。石永凯提出调阅那天参加活动的所有人的档案，赵兰蕙却要去查货运公司。临时检查突然发生，让准备给新四军运送电台的新四军地下交通员袁玉婷躲避不及。紧急之下，袁玉婷武力逼迫石永凯把电台以宪兵队货物为名运走，而她不知道的是，石永凯的真实身份也是共产党员。石永凯发现一处院子有日军电台信号，遂带兵包围，正欲拿下时赵兰蕙不小心手枪走火，不得已与敌军交战。

赵兰蕙的“失误”导致里面的日军将电台和密码本全部毁坏焚烧并逃走。守备司令部李凤成司令把石永凯从临时调查组重新调回到教导总队。石永凯率部与日军永野秀一部展开战斗，永野凭借坦克炮兵的支援不把国军放在眼里，于是钻进了石永凯设置的圈套，紧急时刻坦克上的机枪传动装置失灵，永野急忙下令撤退。一名士兵抱着炸药包钻进永野的坦克底下，吓得永野赶紧撤退。通讯兵向蒋家骥报告石永凯的状况并请求炮火支援，但是蒋家骥却收到了撤退命令，且不要说炮兵，就连预备队都已经消耗完毕，但为了让石永凯顶住，他命总队长侍从室中尉侍从官杨卓如带上所有参谋人员前往支援。新四军袁修国所部得到命令，为国共合作的国家利益为重，令妹妹袁玉婷带部赴南京协助国军突围进行伏击。而南京阵地则刚刚从炮火中暂时喘息，石永凯对炸药的英勇行为十分钦佩。

沈越之混进南京待撤退的焚烧密件处，被便衣发现，只好往宪兵司令部逃离。便衣不明情况地冲进李凤成房间，结果被臭骂。石永凯部和日军陷入厮杀，而日军给前线运送军需的一辆卡车则与袁玉婷无意间遭遇并被截获。杨卓如带队赶到，表示是打是退都听从石永凯，并建议先跟兄弟部队联络防止落单。炸药过去查看，发现旁边的工兵阵地早已没人，只剩下坚固的防御工事。为保存有生力量与敌人血战到底，石永凯令兄弟们挪到工事里，准备打一场伏击。炸药又告诉石永凯他回来时发现后山有支规模不小的部队，但没看清序列，担心是日军在包抄，因此建议先撤退。却被石永凯大骂，必须与南京城共存亡。进攻的日军朝工兵阵地前进，不慎进入雷区。石永凯下令猛打，日军猝不及防只好后撤。日军军官则判断出阵地上很可能并非工兵，而是作战部队，于是通知炮兵进行轰炸。而后山行军部队的军长从勤务兵那得到前面消息，派出特务连前去侦察敌情。而日军则正在对石永凯阵地发起猛烈进攻。石永凯在友军的帮助下逃到新四军驻地的收容所，石永凯负伤。石永凯和负伤的国军士兵一起，被新四军司令同时也是袁玉婷的哥哥袁修国安排袁玉婷照顾。

收容所里，石永凯和袁玉婷互相质疑起暗杀的事，怀疑对方是日本特务，石永凯心里明白，他必须向组织说明清楚。袁修国叫袁玉婷去拿自己收藏的烟丝给石永凯抽。警卫员邱巧凤却以石永凯是国民党反动派为由阻拦袁玉婷。正争执，卫生来喊走袁玉婷去救治危机伤员，拜托邱巧凤把烟丝带给袁修国。不料烟丝全被邱巧云糟蹋，被袁修国气得追打。石永凯去找袁修国却被邱巧凤拦住，邱巧凤一心想要给石永凯一个教训便语言挑衅单挑。恰巧袁修国来到制止。袁玉婷过来准备带邱巧云去敌占区石埠的日本药房桥采购要求，石永凯以自己会说日语主动要求同去。石永凯乔装成日本军官去药店取药，日本老板山本坚持要跟他一起去取钱。半路上山本感觉不对正要质问石永凯，却反被制服并掩藏。此时伪军突然出现，刚要查看真相，被埋伏在此的袁玉婷和邱巧云抓住。石永凯念伪军也是同胞将其放走。袁玉婷穿上自己缴获的日军衣服准备和石永凯一起进城。石永凯一行人弄来药品，部队要在表彰大会上对他进行表彰。但石永凯想到自己曾经亲眼监刑处死过自己的同志和错杀了沈越之，不禁自责。而表彰会的领导则说出沈越之存在并未牺牲的可能，且有叛变的嫌疑，并要求他这次回去彻查赵兰蕙的底细。袁玉婷对就这样放石永凯走不解，袁修国告诉她石永凯的资历要比她还老，且“燎原者”是其介绍人，其行动代号是“伏击者”。还告诉袁玉婷将把她派去延安学习。石永凯回到国军部队，受到了党务调查委员会对他擅自突围的审讯。

党务调查委员会对他在新四军的经历颇感怀疑，并进行了各种调查。而他原来所属的教导总队已和四十六师合编，总队长也被调到二十七军当军长，而师长则是李凤成。就这样，石永凯在这见到已经升官的张卓如，同时被李凤成安排为四十六师新兵训练处的排长。杨卓如带石永凯去水兵俱乐部喝酒。赵兰蕙的突然出现让石永凯想起了之前的各种可疑之处。石永凯问起撤退时杨卓如还有士兵炸药的情况，杨卓如把他们和鬼子混战和游过江的逃命经历一一说出。石永凯在操练士兵，被赵兰蕙找过去见到了沈越之，这令石永凯十分震惊。沈越之说当时是赵兰蕙设计的苦肉计才帮他脱险，而如今其将军委会举办的特种培训班，想让石永凯担任行动教官，主要反共防共。由于是上层康泽亲自下的调令，石永凯不愿领命却又无可奈何。这其中既有沈越之的真真假假，又有赵兰蕙的计谋，石永凯将这些向袁修国报告。袁修国提议找时机除掉沈越之。沈越之向石永凯打听“伏击者”陈重阳的下落，石永凯假装一无所知。沈越之猜测石永凯可能就是“伏击者”。为应对日伪和汉奸对延安的破坏活动，袁玉婷被调到边保工作。有特务试图突袭开会的边区领导而被抓。袁玉婷审查出沈越之是日本特高科的情报员，隶属于“淑女”情报组织。炸药并未死，他闯进南京国际安全委员会理事费吴生的家，以南京地下抵抗组织委派的身份来找他，要他把雨花台兵工厂火药库的情报传给国军。李凤成安排石永凯派教导总队去炸毁雨花台军火库，正巧袁修国也需要派人找回曾经被藏在南京地下交通站的电台和密码本，石永凯主动请缨。