在海昌附近的某片海域，一个蛙人潜入39米深的海底，打开海底光缆，将一个特殊的装置与光缆上的感应器连接起来;随即，一束束电子信号快速传递出去。此时，境外间谍组织头目彼得森的脸上露出了兴奋的笑容，他宣布针对中国大陆的“水母计划”已经启动，并当场委任蛙人——代号“钓鱼者”全权负责这一秘密行动，并在海昌建立起长期稳定的海洋信息情报站。我海昌市国安局侦察员郑新民受命打入一走私团伙，不料在执行任务过程中突然与国安局失去联系。情况上报到省国安厅，引起了省厅的高度重视。根据上级的敌情通报，结合海昌的实际情况，李厅长紧急指令武梅组成特别专案组赶赴海昌追查事件真相。与此同时，由海昌深海研究院研发的“深海之瞳”水下探测器即将随“探索一号”工作船出海进行水下测试。闻听此讯，境外间谍组织头目彼得森紧急指令潜伏在海昌的间谍组织负责人王维韬派人随船监视，以防止“水母计划”中潜藏在我海域的情报搜集装置——“水母”被我“深海之瞳”发现。此时，海昌的外商——环亚集团总裁苏查班也找到王维韬，愿意出高价收买“深海之瞳”的研发情报。王维韬暗自庆幸，一手托两家，里外都是赚。他打算派得力干将蒋岩随“探索一号”出海，窃取情报。武梅专案组来到海昌后，搜索队找到了郑新民同志失踪前遗失的手机，电脑奇才庞剑很快便复原了该手机中一张陌生人的照片。根据这一线索，海昌局副局长孙克勤迅速调动全城监控系统，很快锁定了嫌疑人蒋岩的行踪，并亲自带队赶到蒋岩藏身的酒店进行抓捕。

不料，专案组的抓捕行动暴露，蒋岩在同伙宋立的协助下机警逃脱，导致抓捕行动扑了个空。孙克勤懊悔不已，而细心的武梅却通过蒋岩留在房间里的记事本发现了新的线索。蒋岩记事本空白页上一个隐隐约约的数字“21”引起了武梅的注意。在海昌市21日将要举行的重大活动中，武梅将目光锁定在即将出海的“探索一号”工作船上，判断它很可能就是间谍组织的目标。深海研究院郑伯雄院长对此却不以为然，孙克勤也暗示武梅不要过于武断，应注重证据。但武梅坚信自己的判断，当机立断，在获得上级的同意和支持后，临时指派刘志军、庞剑随船出海，一场不期而遇的海上较量就此展开。一切正如武梅所料。原来，王维韬得知蒋岩已经暴露，临时指派另一手下干将汪东顶替。汪东利用宋立伪造的登船证顺利躲过盘查，登上了“探索一号”工作船。而宋立则独自驾驶一艘游艇，远远跟随着工作船，随时为汪东提供远程技术支持。汪东在宋立的配合下悄悄潜入“探索一号”实验室，巧妙地安装了窃密装置，打算将“深海之瞳”的测试数据随时转发到不远处的宋立手里。刘志军与庞剑上船后，分别对可疑目标进行了排查，但一时没有发现什么有价值的线索。而随船女记者高晓白的出现，让事情变得更加扑朔迷离。

侦察员郑新民的遗体被找到，海昌局里上下悲痛不已。根据烈士遗体口中含着的一把钥匙，武梅找到了郑新民出事前在超市储物柜留下的信息密码，并推断出蒋岩的藏身之地。海昌国安局紧急行动，秘密逮捕了蒋岩。武梅从他的手机里发现了伪造的“探索一号”登船证和汪东的照片。武梅突审蒋岩，最终攻破蒋岩的防线。蒋岩方寸大乱，交待郑新民是被汪东杀害。确认嫌疑人汪东在“探索一号”工作船上之后，武梅立刻与刘志军、庞剑取得联系。几乎与此同时，刘志军和庞剑不约而同地察觉到船上有不明信号在传输，立即寻找信号源，并指示“深海之瞳”实验组终止试验。经过紧张排查，刘志军和庞剑成功阻止了汪东的窃密行动。不料在船上搜捕汪东时，女记者高晓白擅闯现场，给搜捕行动增添了混乱，导致汪东抢夺了船上的备用快艇，跳海逃亡，与远处接应的宋立汇合。刘志军怀疑高晓白是嫌疑人的内应，不由分说地把她拷了起来，高晓白激烈抗议，声称自己是海昌国安局侦察员，之所以放走汪东，只因自己已在他身上安装跟踪器。庞剑启动船上的雷达，却被宋立的反雷达装置干扰，无法进行跟踪。刘志军对高晓白的身份更加怀疑，而庞剑却多了个心眼，悄悄与海昌局联系，并最终确认了高晓白的真实身份。.

庞剑检查“深海之瞳”数据室时，找到了一颗伪装成灯泡形状的小型发射器，正是通过这枚发射器，“深海之瞳”的测试数据被即时发送出去。而此时的宋立正驾驶快艇在海面上飞驰，他警惕地搜索汪东的随身衣物，发现了一颗高精度的纽扣式卫星定位仪。宋立意识到汪东的身份已经暴露，又将定位仪放回汪东身上。随后，两人躲过海警的盘查，顺利回到岸上，宋立叮嘱汪东暂时藏起来。王维韬听了宋立的汇报，预感到事情不妙，指使他尽快送汪东离境。刘志军等人回到海昌后，高晓白安放在汪东身上的定位仪果然又恢复了功能，目标位置被迅速锁定。武梅决定暂不进行抓捕，对汪东实施跟踪监控，找到与他接头的上线。高晓白听说自己的战友郑新民已被汪东杀害，悲愤异常，情绪失控，坚决要求亲手抓住汪东。武梅却将高晓白排除在行动之外，让她先冷静冷静。宋立设法告知汪东，他的住所已被国安局包围，让他转移到一个指定的酒店。汪东闻讯仓皇逃窜，专案组调整部署继续跟踪，并对汪东进驻的酒店进行布控。为了让敌人放松警惕，尽快与上线联系，武梅让孙克勤撤掉了门口的监控哨。高晓白担心汪东会趁机逃脱，在她的强烈要求下，孙克勤同意高晓白的小组留下待命。武梅抽空来到深海研究院。她告诉院长郑伯雄，间谍组织在工作船上偷换的灯泡与原配型号一摸一样，对方很可能提前拿到了样品规格。由于这些设备都是由研究院统一配备的，因此她怀疑研究院内部出了问题，郑伯雄愣住了。

研究院内部立即开始了逐一排查，同时加强了保密教育。副总工程师岳诚是孙克勤的小舅子，此人是大龄单身，业务能力很强，为人处事却有些自由散漫，喜欢发牢骚。岳诚回到家里抱怨研究院成天搞运动，被孙克勤批评缺乏保密意识，他却不以为然。嫌疑人汪东在酒店房间里蛰伏了几天后，终于按耐不住，他溜出酒店，用附近的投币电话和宋立联系，被守候在附近咖啡厅的武梅和高晓白看见。武梅判断敌人很快将有行动，悄悄派人在汪东房内安装了监控设备。当夜，宋立冒险潜入酒店公寓楼下，通过有线电视网络暂停了整个公寓楼内的监控系统，又通过有线电视网络向汪东的房间发送了一行字幕，汪东按照字幕的提示，迅速逃出酒店，脱离了专案组的监控。当武梅发现汪东房间情况异常，追到地下停车场时已经晚了一步。汪东驾驶轿车仓惶出逃，却被高晓白偶然撞见，她二话没说立刻飞车跟上。她一边追踪一边向武梅报告。汪东按照与宋立的约定驾车来到一个码头，宋立早已在此等候。他将证件、现金等交给汪东，并叮嘱汪东离岸的路径，随后离开。此时高晓白也已追踪而来，她盯住汪东大喝一声，汪东震惊之余正要拔枪，被高晓白抢先开枪将其击伤。正当高晓白准备擒拿汪东时，突然背后飞来一棍，将她打昏在地，原来是宋立。宋立眼看汪东已无法行动，无奈随手捡起高晓白的枪，将汪东打死，随后逃离。等武梅和刘志军赶到现场时，只见汪东和高晓白各自倒在一边。