1945年，抗日战争已近尾声，日本关东军仍做最后挣扎，为扭转败局，将希望寄托在最后一棵“救命稻草”细菌战上，妄图用生化武器拼死一搏……

东京特使河野夫把陆军总部即将启用的“细菌珍珠港”计划，传达给满洲某生化部队石原博士（首席病毒研究专家），并督促他抓紧时间研究细菌武器，一旦美国登陆日本本土，就将采取“细菌计划”，同时还要防范苏联红军对日关东军的进攻。

石原加紧新病毒的实验步伐，用战俘刘大鹏做活体实验。刘大鹏是义勇军团长，在一次被俘后被送到生化部队，石原在他身上试验成功最新研制的病毒。没想到刘大鹏却趁机逃出了研究所。

为阻止细菌武器研究计划的泄露，石原命令保密队队长川岛四处抓捕住刘大鹏。关键时刻，刘大鹏被李梦云所救。李梦云表面上担任满蒙日和慈善医院副院长的职务，同时又是石原博士的学生，实际上是雪城中共地下党组织的负责人。

李梦云一方面和石原,川岛做周旋，另一方面积极寻找病毒的抗体，为救治刘大鹏做努力。这期间，李梦云和刘大鹏两人产生刻骨铭心的爱情。李梦云结合侦察机飞行员拍的照片，怀疑石原的研究所，很可能就是日本人的细菌武器研究基地，而目前只有刘大鹏进过研究所，他是解开这些谜团唯一的钥匙。刘大鹏也积极配合李梦云，再次进入研究所,搞清楚了雪城生化部队的真相。

刘大鹏重整义勇军残部，在李梦云领导下，开始有组织地同日本人对抗。经过与日本人一番斗智斗勇，扣人心弦的斗争，李梦云通过内应，窃取到了日军在中苏防线布置的生化武器防御图。李梦云冒着生命危险，闯过日本人的重重关卡，在苏军大部队进攻前夕，越境将部署图交到了苏军大本营考夫斯基将军手里。

李梦云和刘大鹏粉碎了日军大规模使用生化武器的阴谋，为苏军顺利解放东北扫清了障碍。

815日本投降之后，李梦云带领苏军进入日军生化部队，发现一具已经烧焦的无法辨认的尸体，经确认为石原。

其实，石原并未真正死亡，他已秘密潜入了地下。石原逃离部队时，把跟自己体型相似的一具死尸伪装成为自己，石原则李代桃僵逃之夭夭。石原潜伏在雪城，依然想东山再起。他幻想着把自己研制的细菌武器投入战场，一定会给新解放区毁灭性一击，大日本帝国可以重新崛起。

于是，石原努力寻找他植入致命病毒的三名携带者，想再从她们体内提取样本，研制升级版的病毒。与此同时，投降的河野夫和苏军进行投降交接工作，河野夫却意外接到东京特别密令——找到石原，杀无赦！

战胜国准备以战争罪审判曰本天皇，生化部队秘密使用活体研究细菌武器的证据，将对天皇极其不利，细菌研究本来就违反国际法，石原还活着，如果石原被抓，天皇就会被审判•

一场惊天动地的大追踪开始了。石原寻找到其中两个病毒携带者取得了样本后，还杀死了携带人。李梦云和刘大鹏根据线索跟踪而至，正要抓捕石原时，河野夫跟川岛等人也一路追踪到石原下落，准备杀人灭口。狡猾的石原利用混乱，逃离了现场。

李梦云一直苦苦研究却未能取得了突破，研制出克制病毒的抗体药困难重重，此时，石原又把目光瞄准了李梦云，原来，李梦云竟然是三个病毒携带者的最后一个！

原来，在815日本投降前夕，李梦云被叛徒出卖，曾被关进过宪兵队，酷刑受审昏迷后，当时石原在她身上秘密注射过病毒菌种。石原设计抓到了李梦云。很快，石原又从李梦云体内提取了病毒样本，继续研制升级版的病毒，并且暗中计划，要对雪城抗战胜利的庆祝大典进行大规模的破坏。

刘大鹏坚持不懈地对石原进行追捕，他通过石原接二连三的破坏活动，很快追查到石原的行踪，在关键时刻，他成功制止了石原的阴谋。并将石原、川岛等残余的日本军国主义分子统统击毙。

最后刘大鹏加入中国人民解放军，成为人民军队中的一份子。