上海“一二.八”事变后，日本帝国主义亡我之心不死，利用当时的特殊地理位置和复杂的社会关系千方百计的进行军事渗透，制造无数灾难，从而导致社会一片混乱。灾难的罪魁祸首就是号称“千面媚谍”的日本特务。她躲藏在租界里，利用合法的身份做掩护，刺探军事和经济情报，挑拨上海各种势力和帮派之间的矛盾，暗中运送军火，为日军大规模进攻华东地区做准备。军统上海站谭站长部署劫杀“千面媚谍”的任务，猎狐组的文组长和舒秀等人临危授命，在抓捕中文组长牺牲。舒秀将千面媚谍击毙，本以为大功告成，但事实证明死者只是千面媚谍的替身，真正的千面媚谍潜入码头把军火船炸毁，谭站长叹息到现在还没有搞清楚“千面媚谍”的真面目，因而抓捕多次失败。潜伏在军统内部中共党员舒秀再次出击，带领特工们夜袭日本人的藏匿点，不料特工阿杰叛变，险些全军覆没。抓捕陷入僵局。总部特派员何成休带来铲除“千面媚谍”的计划，利用一位叫袁天杰的中国留日学生和他的日本妻子板井樱子找到“千面媚谍”。各类情报显示，板井樱子很有可能是“千面媚谍”的活动替身，与此同时日本情报部门为了保障千面媚谍的安全也在部署刺杀在京都的袁天杰。京都舞台上袁天杰与同学原冢正在毕业演出，他的表演教师也是他的岳父板井先生却让他马上返回中国，袁天杰搞不清是怎么回事，这时杀手赶到，板井先生掩护袁天杰自己中弹身亡，袁天杰趁机逃了出来，一路躲避追杀，在军统来接应特工的协助下，化妆成老男人形象巧妙的混上开往上海的货轮，在底舱里又遇见到中国找男友的田间美惠子，途中两个人相互帮助，货船抵达上海码头。

何成休布置舒秀去码头接回袁天杰，接头暗号是手持红色汽球，板井樱子和中岛也安排日本特务们去码头劫杀。码头上卖花女引娣受到日本浪人的调戏，正巧遇到宏义堂的少东家旱天雷巡视码头，旱天雷教训了日本人救下引娣，引娣感谢旱天雷仗义执言，把手上所卖的红汽球送给了旱天雷，旱天雷十分高兴顺手又转发给了来码头接船的人们，这下可搞乱了接头的标志，袁天杰为了安全又化妆成老女人下船，舒秀和中岛均都没有接到袁天杰。板井樱子秘密领导一个细菌武器研究小组，利用母亲曾研究的“罂粟美人”项目，暗中进行细菌武器的制造，袁天杰到上海后按照板井老师的临终嘱托找到了武器研制专家万崇喜处住了下来，“罂粟美人”的研究遇到制造上的难题，樱子准备绑架万崇喜。上海大明星姚芊芊到陆军医院慰问伤病员，万崇喜的侄子万长官在“一二.八事变”的战斗中受伤，几年来久治不愈，医院也很为难，姚芊芊知道后提出把他转到医疗条件较好的翁氏私立医院治疗.因为那里的院长翁子安是她的好朋友肯定会倾力救助的，院长大为感谢。在上海的中共组织杨炳华书记觉察到日本人在进行细菌武器的研制，根据上级的指示一面深入调查，一方面派中共党员余承南暗中保护万崇喜。舒秀四处寻找袁天杰，但几次都擦肩而过，万崇喜把“罂粟美人”的来龙去脉告诉了袁天杰，然后送侄子到医院，受到翁子安院长的欢迎殷切接待。

翁氏医院里，院长和医生给万长官作各种检查，余承南暗中保护着万崇喜，突然外面枪声大作，余承南忙出去察看，再返回时发现万宗喜不见了，原来是樱子派日本特务声东击西，把万崇喜劫特了，樱子软硬兼施，但万崇喜拒绝了樱子要他合作研制罂粟美人的要求，袁天杰到医院来找万崇喜被中岛发现，带人追杀到棺材铺被舒秀救下，但舒秀却受了伤。袁天杰跑回万崇喜家被守候在门里的日本特务抓住。回去的途中遇到了租界里的巡警，袁天杰假装喝醉酒给巡警暗示，挑起特务们与巡警对射，袁天杰趁机脱身。舒秀负伤后躲入旱田雷的花船被旱天雷带回宏义堂家中治伤，两人化解了之前在码头的不愉快。袁天杰再次潜入到翁氏医院找万崇喜的侄子了解情况，知道了万崇喜把破解细菌武器的文件藏到汇东银行的保险箱里，这时日本特务赶来袁天杰只好离开，特务们把万崇喜侄子劫走，并搜出身上保险箱钥匙，樱子分析这个钥匙一定与万崇喜有关，说不定对研制细菌武器有用。樱子命特务们进银行取保险箱里的东西，舒秀从袁天杰口中了解到万崇喜存有细菌武器的文件，决定直接到银行想办法，袁天杰与旱天雷都争着要去，舒秀已没了踪影。特务们在汇东银行保险箱里顺利取出文件，躲在暗处的舒秀冲了出来打倒特务抢走了文件。银行外的日本特务把舒秀围住要抢回文件，舒秀拼死护住，这时袁天杰和旱天雷及时赶到解围，三个人搞到了这份重要文件但又看不明白。特务们丢了文件，樱子气极败坏，她残忍的利用万崇喜的侄子与万崇喜的血缘关系相威逼，万崇喜屈服了，答应帮助解决难题。

樱子为防止万宗喜逃走，把万的膝盖骨拆掉了。“罂粟美人”的研制有进展，樱子决定进入生产阶段，并当着万崇喜的面给万长官注射了试验剂，导致万长官死亡，万宗喜痛悔自己的决定。杨柄华、余承南等开会计划去炸毁日本人的细菌工厂，老杨率众到了工厂外安放炸药，袁天杰在茶馆里把另一密件（乐谱）交给舒秀，舒秀破译密件得知用炸毁的办法反而会促使细菌更大的扩散，此时杨柄华已准备引爆，舒秀飞奔去阻止，余承南在临炸前终止了燃烧的导火索避免了爆炸。杨炳华请求上级，技术解决。樱子秘密准备发射细菌弹，老杨带领众人来阻止，战斗中细菌弹发射了出去，樱子趁机逃走。安宁区出现了疫情，老杨和余承南都很着急，樱子又开始了新的试验项目，并命令继续寻找袁天杰。舒秀带袁天杰见何成休，话不投机，何成休只好安排他见被俘的日本特务齐藤千代，齐藤千代说出板井樱子是他训练的特务，袁天杰接受不了这个事实与何成休大吵，抢枪走火被关进禁闭室。冷静下来袁天杰深思回忆与樱子的过去，他不相信樱子是间谍。老杨带来好消息，上级找专家研究制出了杀毒弹，但怎么运进城里是个难题，舒秀想到了利用宏义堂的水路，舒秀找到旱天雷，旱天雷带领老杨，舒余等走船接货。同时拒绝了槽帮过江龙的走货安排，过江龙记恨在心。杨炳华顺利的把杀毒弹和技术人员叶枫接进城，旱天雷私自动船运货触犯家规，还拒不认错，这让他的父亲宏义堂主韩啸虎非常生气，无奈只好动用“家法”管教。

韩啸虎挥鞭旱天雷被打的血肉模糊，胖槽头和瘦管家实在不忍忙请宏义堂老家仆桑老叔出来制止，保了旱天雷一条小命。叶枫给中共人员讲解杀毒弹的使用方法，老杨再次率队袭击，用杀毒弹彻底炸毁了这个秘密细菌工厂。舒秀把这个好消息告诉了袁天杰，并要求袁天杰帮助查找“千面媚谍”。何成休告诉袁天杰板井樱子就是“千面媚谍”的替身，知道袁天杰深爱樱子，如果想救板井樱子就要接受条件，，配合军统找到樱子，继而找出“千面媚谍”，袁天杰救妻心切，答应了一切条件，默默的忍受各种痛苦，进入训练营接受超常训练。叶枫在药铺被抓，余承南和老杨来解救，行动中把十字架落在汽车边。樱子命特务们去袭击教堂，撤退中余承南躲到了剧场化妆间，姚芊芊机智的掩护躲过了中岛特务们的追捕，樱子接到指示要秘密将武器弹药运进上海，中岛想到了宏义堂控制了水路，这是一条上海帮会自己走货的水产，由宏义堂掌管，过江龙的漕帮走货也由宠义堂代运，双方有合作协议，上海官方也没有涉入，从这里走武器和弹药也比较安全，中岛用金钱收买的办法去打通宏义堂，韩啸虎是一位爱国的志士，担心日本人有诈所以一口回绝了。袁天杰的同学，现在已成为日本特务德原冢俊一来到樱花会馆报到与板井樱子相见，原冢是樱子的同学，但当樱子摘下黑色面纱，原冢却认不出来，我们看到在黑色面纱下是大明星姚芊芊的面孔。原冢楞住了！樱子讲述了自己离开父亲板井和丈夫袁天杰后发生的事情，出于要为母亲报仇参加了日本情报组织，在执行任务中毁容又改变颜面的经历，原冢为樱子婉惜，并告诉了板井老师的死因，樱子虽然知道父亲不是被袁天杰所杀，但这笔账还是要记到中国人头上，因为她的志向是为大日本帝国的事业奋斗终身，为此她将不惜一切包括自己的婚姻和爱情，原冢为樱子的气魄感染，樱子让原冢打通宏义堂。大明星姚芊芊（板井樱子）演出结束从剧场出来碰到两名日本醉鬼的拦截，强行拉去陪酒，余承南赶来打跑了这两个酒鬼，姚芊芊万分感激。