珍珠港事件之后，在号称东方小巴黎的哈尔滨，在日本宪兵队特高课的指挥下，哈尔滨谍报站，开始了最后的搜捕，追杀。身为共产党特工的周乙(张嘉译 饰)从关内执行秘密任务回来，地下党为了工作方便，安排了一个女报务员顾秋妍(宋佳 饰)(小宋佳 饰)为他的假妻子执行任务。随着时间的推移，带着一个月身孕来到周家的顾秋妍渐渐陷入了情感上的痛苦和孤独之中。她希望尽早结束任务，回到自己亲爱的丈夫身边。而周乙的妻子孙悦剑(咏梅 饰)在往山上向抗联运送盘尼西林和消炎药时，被得到情报的特务机关设卡拦截，在漫长的七年中，周乙查出了叛徒，除掉了内奸。但是同时周乙眼睁睁的看着孙悦剑被处死,成为了周乙永生难忘的时刻。
