1937年中日戰局吃緊，國民政府撤離南京，遷都重慶。時任國防部二廳特偵處處長的陸從駿(胡軍 飾)，被任命為國民政府最高機密破譯部門——“黑室”負責人。 陸從駿在“黑室”的創始人杜先生(馮恩鶴 飾)處了解到，“黑室”不可或缺的王牌人物陳家鵠(郭曉東 飾)依然安全且即將回國，同時，杜先生的機要秘書林蓉蓉(孫寧 飾)和陸從駿的搭檔孫立仁(高冬平 飾)也被派往“黑室”。陳家鵠師從于日本軍用密碼之父——炎武次二，帶著自己的日本妻子惠子(尹媗 飾)回重慶以圖報效祖國。李政時任兵器部人力處處長，實際身份是重慶中共地下黨員，他的任務就是引領陳家鵠去往延安。陳家鵠剛一回國就遭到日本特工的刺殺，幸遇共產黨特工老錢(劉竹 飾)搭救。