1937年中日战局吃紧，国民政府撤离南京，迁都重庆。时任国防部二厅特侦处处长的陆从骏(胡军 饰)，被任命为国民政府最高机密破译部门——“黑室”负责人。 陆从骏在“黑室”的创始人杜先生(冯恩鹤 饰)处了解到，“黑室”不可或缺的王牌人物陈家鹄(郭晓东 饰)依然安全且即将回国，同时，杜先生的机要秘书林蓉蓉(孙宁 饰)和陆从骏的搭档孙立仁(高冬平 饰)也被派往“黑室”。陈家鹄师从于日本军用密码之父——炎武次二，带着自己的日本妻子惠子(尹媗 饰)回重庆以图报效祖国。李政时任兵器部人力处处长，实际身份是重庆中共地下党员，他的任务就是引领陈家鹄去往延安。陈家鹄刚一回国就遭到日本特工的刺杀，幸遇共产党特工老钱(刘竹 饰)搭救。
