1949年，虽然解放战争接近尾声，在上海，敌人的力量仍无比强大，甚至无坚不摧。所有的主动都掌握在敌人手中，而我们革命者则无时不处在敌人摆下的天罗地网和重重圈套之中……
深夜的巷道，一群爱国科学家在共产党护送下秘密撤离上海。然而，在他们认为一切顺利时，他们却已深陷敌人的包围圈，等待他们的，是早已设下埋伏的国民党特务的立体打击。
枪林弹雨之中，随父母一起转移的留美归国少女丁芷寒，在地下党员祝中华的舍身相救之下侥幸逃脱。然而，她的父母却跟其他所有科学家一样难逃厄运，暴尸街头。她的救命恩人祝中华也因受伤被捕。
多次行动的失败，使上海地下党认识到自己队伍中隐藏着一个叛徒，他就象一根毒刺般深刺在我地下党组织中。而且，这数次失败的行动都是由特别行动组组长祝中华负责，偏偏每次也只有他能够从敌人的包围圈中全身而退。种种疑点让地下党组织将怀疑的目光锁定在祝中华身上，只有祝中华的义父——闸北区委书记况宝山对他深信不疑。然而这时，地下党组织又得到消息，得知祝中华轻而易举地从国民党陆军医院逃脱。上海地下党组织部部长刘延风，副书记贾中全和郑子民马上决定立刻找到祝中华对其进行审判，况宝山只得跟从。
他们在丁家找到了受伤的祝中华，在审判过程中，组织又截获敌特电报，电报中明确表示祝中华已归顺国民党，背叛了革命。罪证确凿，地下党组织立即决定处决祝中华，而正在这时，关押在地下室的祝中华却突然神地秘失去踪影。地下党组织立即下令追杀祝中华。
几经周折，慢慢从悲痛中恢复过来的丁芷寒终于发现家人的死都是由国民党特务组织一手造成的。而设计一切的就是国民党保密局上海站站长于盛龙和那个由他安插在地下党组织内部的叛徒。
从地下党组织在丁家的审判中，丁芷寒得知，曾救她一命的祝中华就是大家怀疑的叛徒。而她经历的一切让她无法妄下结论，她与祝中华订下半年之约，并偷偷放他离开，让他证明自己的清白。
为了找出出卖父母的元凶，丁芷寒加入了地下党组织。并主动接近对她怀有爱意的保密局通讯科科长兰飞。通过他，丁芷寒结识了于盛龙，并终于成为于盛龙身边漂亮的女秘书。
在敌特工作的丁芷寒慢慢取得了于盛龙的好感和信任，多次为地下党组织获取了很有价值的情报，并成功营救出被捕的地下党领导郑子民和况宝山。然而，叛徒“飞鹰”的身份却依旧毫无线索。
年轻多情的兰飞对丁芷寒情根深种。他对丁芷寒处处关怀，却始终得不到丁芷寒的承诺。在一次营救行动中，他发现了丁芷寒的真实身份。然而，爱情战胜了一切，兰飞决定在丁芷寒身边默默守护。尽管如此，丁芷寒却对兰飞只有内疚之情，因为她已经深深爱上了她的救命恩人祝中华。
原来，游离于组织之外的祝中华一直跟丁芷寒保持着联系，面对国民党和共产党地下组织的双重追杀，他一直只身游走在刀尖之上，暗地里配合丁芷寒调查真相。虽然有时候他行动神秘，让人无法猜透意图。但在相处中，丁芷寒却慢慢被他吸引，渐渐褪去了对他的怀疑。
就在丁芷寒跟祝中华爱情逐渐升温的时候，由于叛徒的出卖，上海地下党组织频频暴露，许多领导同志惨遭杀害。而所有证据都指出“飞鹰”就是祝中华。
虽然，沉浸在爱情中的丁芷寒不愿相信这是事实，但她不得不承认，“飞鹰”的身份，让祝中华一切诡秘的行动都有了合理的解释，而近期发生的一切暗杀事件又似乎都跟他脱不了关系，就连被窃听的于盛龙也亲口印证了大家的猜测。所有的一切让丁芷寒开始动摇，就在她深陷在矛盾之中不能自拔时，地下党组织派出贾中全，全力击杀叛徒祝中华。不久后，祝中华在一次行动中暴露了行踪，被锄奸组击毙。噩耗传来，丁芷寒悲痛欲绝，却不知由于隐瞒组织跟祝中华私自联系，她也成为党组织怀疑的对象。
解放在即，上海滩一片血雨腥风，另一个叛徒的代号“地龙”又出现在于盛龙口中。在于盛龙和叛徒共同设下的一个又一个圈套中，上海地下党损失惨重，几乎全军覆没！
就在此时，丁芷寒在于盛龙的保险柜里发现了惊人的秘密，那是一份毛人凤委任贾中全为“飞鹰”的委任状！丁芷寒脑子一片混乱。
难道祝中华是被冤枉的？到底谁才是真正的飞鹰呢？真相变得更加扑朔迷离。
为了证实叛徒“地龙”的身份，丁芷寒冒险继续潜伏。却不知她的身份早已被叛徒摊开在于盛龙眼皮之下。
于盛龙设下最后的圈套，丁芷寒成为叛徒“地龙”的替死鬼，被关入敌特的死牢，同时也被地下党组织列入了死亡名单。
上海解放，于盛龙撤往台湾。危难中，丁芷寒和兰飞被人救出死牢。他们冒着生命的危险重新回到于盛龙的办公室，希望能够找到证明自己清白的秘密证据。然而，结果却大大出乎了她的预料……
到底谁才是真正的叛徒？丁芷寒是否能够洗刷自己的嫌疑？她最终又将情归何处？