1937年，南京沦陷，国民政府迁都重庆，抗日战争进入最艰难的阶段。

　　留洋多年的数学博士陈家鹄，在日寇入侵国土沦丧的危急时刻携自己的新婚日本籍妻子——惠子回国，希望以自己的一技之长，为国效力！却不曾想到，自己的数学天赋以及在国外求学时曾误打误撞破解过日本密电源码方程式的历史，早已经被日本谍报机构和国民党军统掌握！

　　在陈家鹄踏上国土的一刻起，日本的暗杀组织如影随形，国民党的特工保护不力，致使陈家鹄频频涉险！我党的特勤部门，暗中出手保护，另辟蹊径，护送陈家鹄安全到达重庆，与家人团聚！

　　军统欲组建针对日本军方密电的破译机构——黑室！陆从骏上校经受重重考验，被任命为黑室负责人。陈家鹄被黑室视为破译密码的最佳人选！但是面对军统的力邀，早已知道政府腐败无能、对国民党当局缺乏信任的陈家鹄拒绝合作，遭到黑室负责人陆从骏的绑架！

　　我党派出李政与林蓉蓉两位同志打入黑室，对陈家鹄进行严密的保护！李政是陈家鹄早年的同学，在军队装备部门工作；而林蓉蓉的公开身份，是军统负责人杜先生的机要秘书。

　　陈家鹄妻子惠子的敏感国籍身份，不但引起了家庭的风波，也引起了军统的怀疑！在没有证据确定惠子是否为潜伏间谍的情况下，陆从骏为了确保黑室的安全，不断地制造误会、甚至不惜拿掉惠子腹中的孩子，希望离间陈家鹄夫妻的感情……而日方暗杀组组长相井虽然是惠子的亲哥哥，却也在军国主义的扭曲心态下，利用妹妹与妹夫的感情，不断的组织针对陈家鹄和其家人的暗杀，陈家鹄的父母不幸身亡，妹妹陈家燕失踪！最终，惠子为了保护陈家鹄，死在了自己亲哥哥相井的枪口下……

　　陈家鹄参加父母的葬礼，遭到日特伏击，混乱之中，陆从骏奋不顾身，挡住了射向陈家鹄的子弹。

　　噩耗频传，陈家鹄几乎崩溃，在林蓉蓉的关爱开导下，决心化悲痛为力量，破译报国！陈家鹄连续破译出本军方密电，凭借这些密电，军统端掉了日本人安插在重庆的间谍组织；战场上军队由于掌握了敌军动向，避免了被动和过多伤亡。

　　不是所有的人都对抗战的前途有信心，汪精卫就在暗中不断地与日本人接洽。在破译汪精卫勾结日本军方卖国求荣的密电一役中，陈家鹄破获了世界密电史上最为尖端的机械密码，准确的预报了汪精卫叛逃的时间。最终，他发现因为国民党内部的权力斗争和腐败，无人采取行动阻止汪精卫，只能眼睁睁的看着这个卖国贼登上飞机……

　　陈家鹄对黑室和国民党彻底死心，萌生了离开黑室的念头。这时候，他得到消息：妹妹家燕已经到了延安！

　　陆从骏中了相井的离间之计，开始在黑室内部排查泄密汪精卫出逃消息的人！为了保护陈家鹄，林蓉蓉不断涉险，虽然不断化解，却不幸引起了陆从骏的深度怀疑！为了证明林蓉蓉的身份，陆从骏不断使出阴狠的招数，甚至与上级设置了自己因过错被调离黑室的阴谋……

　　李政和林蓉蓉为了商议转移陈家鹄接头，被陆从骏的爪牙发现！在千钧一发的危急关头，有人将爪牙除掉！原来我党领导人在黑室内部，还安插了一个连李政、林蓉蓉都不知道的三重保险——徐州！

　　陈家鹄在黑室不断地目睹国民党疏于抗日，却不断对共产党人举起屠刀；可是共产党人徐州、林蓉蓉却为了信仰和民族利益不惜牺牲，受到极大触动！

　　在黑室令其监控延安电台破译电文的任务之时，陈家鹄拒绝破译，还主动向延安电台发出预警电报，挫败了国民党的阴谋！

　　陈家鹄正式提出要离开黑室，黑室的高层因为恐惧陈家鹄会投奔共产党，恼羞成怒的要除掉他！在李政的帮助下，陈家鹄克服艰险出逃……

　　陈家鹄的眼中，出现的黄土高原的厚土和一轮照耀天地间的红日……