安全局侦察员刘志军跟踪境外间谍“猎豹”。在猎豹即将登机出境的关头，刘志军在机场厕所内发现了猎豹提取微型硬盘时留下的证据。猎豹携带的数据硬盘被打开，其倒计时自毁系统同时被启动。公安局网络专家庞剑临危受命，破解硬盘密码，发现了一份跟卫星相关的秘密文件。经查实，秘密文件同我国正在研发的一颗同步轨道卫星——星讯六号相关。刘志军接受指令，紧急赶往星讯六号总装基地十九院进行鉴定。十九院总工程师周旭核实，该秘密文件系322所正为星讯六号通讯卫星研发的飞行控制数据，属于国家绝密。保密局局长唐正纲接到安全局紧急通报，由于事关重大，决定召回正在休假的保密局督察处处长武梅返京执行任务。好不容易等来五天假期的武梅，已经有两年多没有陪女儿婷婷外出旅游过。她答应女儿，这次海南之行一定让女儿玩得高兴。女儿借塔罗牌预言，离婚的爸爸妈妈一定会破镜重圆。母女二人下飞机刚到宾馆，就意外接到了唐局长的电话，让她即刻返京执行任务。武梅带着对婷婷的歉意，无奈地踏上了返京的旅途。侦察员从猎豹的微型硬盘里发现了322所罗振华教授的照片。刘志军通过322所分管保密工作的沈伟国书记了解到：罗振华是星讯六号通讯卫星的项目负责人。此刻，罗振华与其助手谷雨生刚刚登上出国的班机。

保密局接中央指示，与安全局、公安局联合成立特别检查小组，组员有武梅、刘志军、庞剑三人，由有多年刑侦工作经验的武梅担任组长。特别小组的行动目的是从源头上斩断泄密和境外间谍窃密的途径，尽快将该窃密团伙一网打尽。三人检查组秘密进驻322所，在“老保密”沈伟国的协助下了解罗教授的情况，探查泄密源头。“老保密”回到家，数落在322所当技术员的儿子沈小涵迷恋电游不务正业，沈小涵不服气，同父亲发生口角。婷婷抱怨武梅只忙工作不关心自己，独自来到爸爸周旭家中。周旭带着婷婷赶赴与燕子的约会，席间婷婷觉察到燕子对周旭的微妙感情，故意称燕子为姐姐。武梅深夜接婷婷回家，对周旭冷言冷语。婷婷抱怨武梅对周旭不够温柔。罗教授在国外参加学术交流会期间，遭遇境外间谍头目Peter的策反。Peter手下代号为“蝴蝶”的间谍，利用罗教授与Peter见面的机会，在其下榻的宾馆房间内对罗教授随身携带的笔记本硬盘进行了拷贝。Peter策反罗振华未果，决定启动第二套方案，由蝴蝶接手猎豹的工作，潜入大陆，窃取卫星的绝密数据。潜入大陆前夕，蝴蝶假冒FBI进入某公司厂房，在即将运往中国322所的大型服务器上安装了数据发射器。罗振华、谷雨生返回北京，蝴蝶和他们乘坐的是同一趟班机。罗振华回到322所，立即接受检查组的调查，他确认泄密文件出自322所后，大惊失色。

在银狐的接应下，蝴蝶入住紧邻322所的富华公寓。检查组从罗振华、谷雨生入手，展开排查。322所主管保密工作的沈伟国书记一面向关山所长申请添置最新安防设备的经费，一边忙着给322所的工作人员做保密思想工作。回国后的谷雨生与女友方瑶相会，方瑶的身份是322所招待所服务员。刘志军来到招待所，对招待所员工进行排查，排除方瑶的嫌疑。与此同时，检查组发现322所计算机可以使用外接设备，根据沈伟国提供的携带设备外出登记本，列出外带设备次数最多的人员名单，其中包括谷雨生、吴伦和沈伟国的儿子沈小涵。沈小涵负责322所的网络维护，上班时间违反规定参加网上反恐精英游戏比赛，导致322所网络系统遭上不明攻击。庞剑及时赶到施展身手，帮助沈小涵渡过险关，避免了无法估计的损失。沈伟国对自己儿子失望之极。被蝴蝶安装了数据发射器的高端服务器运进了322所。这台服务器，将对星讯六号通讯卫星进行最后轨道数据演算。这一切，尽在富华公寓蝴蝶的监视之下。

高端服务器运进322所，研发工作进入了紧锣密鼓的状态。富华公寓内，蝴蝶已连接好数据接收设备，时刻准备接收从322所发射出的数据。一个中继转换器被放置在322所隐蔽的角落里。只要服务器一启动，数据便自动传输到蝴蝶的电脑上。为了通过职称评定，吴伦将自己发表的三篇关于卫星流体回路技术的动态热仿真的学术论文拿给沈伟国和罗教授看。沈伟国发现吴伦的论文中有涉密嫌疑，通报罗教授。经证实，吴伦的论文中的确存在重大泄密隐患，而且涉及到研发中的星讯六号。沈伟国将此事向武梅做了汇报，找吴伦谈话。吴伦对此不以为然，认为是有人在他的职称评定道路上故意使绊儿。武梅告之问题的严重性之后，吴伦才醒悟自己的泄密行为，后悔莫及。由于网络遭受攻击的事件，沈伟国坚持要处罚沈小涵，调他去硬件管理部门工作。这引起了沈小涵的抵制，父子俩发生激烈争执。沈小涵透露了要辞职的念头。在看了一系列在我国曾经发生的学术泄密事件的内部资料后，吴伦认识到自己的无意争功之举却泄露了国家秘密，后悔不已。武梅协调保密局，将载有泄密学术文章的印刷品送往涉密载体销毁中心进行集中销毁。负责服务器检修的工程师戴昕，在检修过程中，不慎烧坏服务器的电源。戴昕按照说明书修复好了服务器，却发现多了一个可疑元件。慌乱不已的戴昕，向好友杨登求助。沈伟国觉察到戴昕的异常举动，了解了戴昕检修服务器的情况。检查组迅速对服务器进行查验。

经证实，服务器里的可疑元件是一个微型的数据发射器。此发射器只能在方圆150米范围内发射信息，这说明接收者就在322所内部。武梅决定将计就计，让戴昕利用这个发射器发送伪造的假数据，然后顺藤摸瓜引出幕后接收信息的黑手。婷婷的学习成绩一路下滑，李老师要婷婷叫家长来学校。武梅没有时间，前夫周旭很不满，认为她没有尽到监护人的责任。服务器中发现间谍装置的事件引起了关山所长的警惕，他主动配合沈伟国的工作，拨出一部分项目资金用于购买先进的保密设备。与此同时，在检查组的安排下，戴昕开始秘密地发送假数据。富华公寓里的蝴蝶，如愿以偿开启了接收数据的仪器。查找数据接收源的工作在秘密进行中。刘志军利用电子搜索器，将搜索范围锁定在322所招待所以内。武梅运用痕迹学的经验，在招待所房间的通风管道内找到了接收器。该接收器具有中继转换功能，可以将接收到的信息传输到方圆一公里之外。为了引出幕后的信号接受人，武梅将中继转换器放回原处，让刘志军扩大范围继续搜索。蝴蝶对此并不知情，还在贪婪地接收着戴昕发出的假数据。方瑶露出了庐山真面目，她就是潜伏在322所的间谍。察觉到有人搜查过招待所之后，方瑶向银狐通报，招待所已经暴露。此时，检查组已经将搜索的目标锁定了毗邻322所的富华公寓。