一九三九年，日本特高课在上海试用无线电定位车，在内奸的配合下，中共上海情报站秘密电台遭到灭顶之灾。与此同时，延安方面击毙日特组织“紫密班”潜伏人员“毒箭”沈四平并严密封锁消息。社会部首长武岳决定派一位情报领域的生面孔——军委通校的无线电教员李侠——去上海完成甄别内奸的“双簧计”。

　　李侠冒充上海情报站负责人孙明仁，在锄奸队员何兰芬的配合下，先后与情报站仅存的金达、白丽遥、吕道维三人接上了头，冒险用电台假装向延安“发报”，以此甄别内奸。

　　延安方面按照与李侠约定的时间，先是作势搜查与沈四平相关来历的人员，让日本方面警觉；等李侠再次假发报的时候，延安边保部门当众制造一个“击毙”沈四平的假像。潜伏在上海情报站内的日本特务“扫帚”吕道维为了抢救“毒箭”暴露身份，被李侠和孙明仁、何兰芬一起击毙。但意外在第二天发生，孙明仁突然在旅店被特务抓获，壮烈牺牲。李侠成为出卖孙明仁的嫌疑人，为证清白，他留在了上海。

　　从延安女友路梦惠给自己的一张密码图画上受到启发，李侠从孙明仁的窗帘上发现绝密情报，艰难地取得何兰芬信任之后，终于找到真正的孙明仁——此前牺牲的孙明仁是替身。

　　李侠等人共同设定妙计，通知参加情报会议的人员前往不同的地点开会，然后远距离观察，发现并击毙了代号“九州之鹰”的日本潜伏特务金达。金达的寓所有紫密班上线联系人信息，为破获紫密班，李侠伪造了军统反水人员身份打入76号。

　　76号特工总部头子李士群和特高课机关长今井一获悉此次投诚人员中有军统卧底人员，于是对李侠等五位投诚的军统人员进行严苛的甄别，不惜枪毙了两位真正投诚的人员。最终，一位叫曾有声的同志为掩护李侠自曝身份，得以让李侠取得了信任，留在了76号电务处。

　　从报纸上发现李侠被捕的消息，冲动的何兰芬假冒李侠太太的名义只身闯到76号找行动队副队长赵子歧理论，结果导致刚刚获得信任的李侠再度被怀疑，幸亏两人配合得当，让赵子歧打消了怀疑。但电务处处长赵大元却再次考验李侠，关键时刻，军统卧底人员赵子歧帮助李侠脱离危险。赵大元再出毒招，不但让李侠亲自监听中共的耳朵电台考验他，而且还强行让李侠与何兰芬举行婚礼并同居一室。李侠、何兰芬不断与赵大元周旋，终于取得了对方的信任。

　　赵大元是紫密班元老，手上掌握着潜伏在军统的紫密班人员名单和密码，李士群、今井一和日本领事馆的熊井全都想得到藏有这些秘密的《源氏物语》一书，并利用赵大元的之子赵志鹏的性命来作要挟，赵大元无奈之下帮日本人干了大量坏事，但始终未交出《源氏物语》。李侠得知此事之后，利用我党的力量救走了赵志鹏，并让赵志鹏亲笔给赵大元写信，劝他弃暗投明。赵大元幡然醒悟，将《源氏物语》交给了李侠，自己在与身边的潜伏特务搏斗时丧命。李侠将《源氏物语》中的秘密全部拿到之后，又将已经没用的书交给今井一，得到了日本人的赏识，被任命为76号电务处副处长，总管全上海的无线电监听、破译工作。

　　日本关东军即将对苏联远东地区发动攻击，延安派记忆力超群的路梦惠前往北平背下了所有的密码本，并在军统东北办事处北满情报站行动组组长郭守成的陪护下抵达上海与共产国际接头。因郭守成叛变，路梦惠被76号抓获，李侠被指派来亲自审讯这个她。爱人相见，分外激动，但两人必须压抑住激情艰难周旋，李侠在众目睽睽之下既要保全自己，又不能让路梦惠受到侮辱，还要想办法拿到路梦惠脑中的秘密情报——这对红色恋人在虎狼群中，凭着无比的智慧与勇气战胜了敌人，路梦惠用死的方式向李侠传递了关东军进攻方向的宝贵情报。

　　路梦惠之死让李侠几近崩溃，何兰芬用尽一切办法抚慰李侠，在李侠刺杀出卖路梦惠的叛徒郭守成之时，何兰芬用自己的身体替李侠挡住了子弹，两人的感情升华了。当苏联红军成功击溃了关东军，取得抗战的战略性胜利之时，李侠与何兰芬遵照路梦惠的遗愿，在她坟前结为夫妻。

　　76号里随时可能发生可怕的事情，赵子歧在突然之间被当作刺杀紫密班创始人山林茂的奸细抓了起来。李侠发现赵子歧是被机要室冯小昆引诱成为替罪羊的，他想尽办法营救赵子歧，却发现赵子歧是主动当替罪羊的，因为两位前来调查山林茂遇刺事件的首相特使中，有一位是中共的潜伏人员河豚先生。今井一让赵子歧假冒共产党准备与河豚先生接头并甄别之。李侠得知此事之后，利用营救赵子歧之名，巧妙地挑起今井一与岩井公馆特务熊井之间的矛盾，导致今井一不得不把甄别河豚先生的计划向李侠合盘托出，因为李侠的聪明，他取代了赵子歧的位置。在甄别过程中，李侠保住了真正的河豚先生，干掉了另外一位真正的首相特使，拿到了紫密班的所有名单，并利用此名单引爆了首先秘书尾崎的共产党身份，致使近卫内阁下台，东条内阁上台，直接导致日本南进进攻美国，拉开了日本失败的序幕。

　　不过，赵子歧在这件事情中却双腿受重伤，他的位置被人顶替，李侠请示军统之后，让赵子歧离开了76号回家休养。

　　太平洋战争之后，日本日渐式微，驻上海日军准备对监狱中的政治犯进行“人道毁灭”。戴笠的特派员欧阳山联合军统特别行动组组长赵子歧、李侠一起，准备营救提篮桥监狱中的军统十杰。李侠撮合赵子歧与邻居叶兴城——我党的叛徒——一起救出了军统十杰，但连赵子歧都不知道，这所谓的军统十杰中，有九位被李侠掉包成了共产党的重要人员。赵子歧因此被军统降罪一蹶不振，直到一九四五年，冯小昆向李侠投诚，赵子歧才重新恢复精神，开始和李侠、冯小昆配合全力营救狱中的军统人员，将功赎罪，并获得了冯小昆的垂青，两人结为夫妇。

　　日本战败投降之后，赵子歧大肆劫收上海浮财，上下周旋，成为了军统上海站的副站长。此时国共两党内战势在必行，李侠和赵子歧无奈地由兄弟成为敌对方。戴笠死后，军统改组为保密局，赵子歧趁势揽权，成为上海保密局的实权人物。李侠仍然潜伏在保密局中，与赵子歧继续当邻居。

　　赵子歧因为太太冯小昆对李侠的敬重，妒忌之心越来越严重，加上此前营救军统十杰时失败，让他染上了毒瘾，无法行夫妻之礼，性情大变。一个偶然的机会，赵子歧又发现冯小昆保存的文件中，居然有李侠掉包军统十杰的证据。赵子歧恨极了共产党，此时发现自己的大哥李侠是共产党，百感交集。李侠本来可以逃离上海，但此时正是渡江战役之时，为了拿到上海城防图，李侠、何兰芬、小扣子一家三口毅然投奔了保密局上海站站长欧阳山，以全家作人质来争取欧阳山。欧阳山在与赵子歧的争斗中处于下风，赵子歧已经设计好了除掉他的计划。李侠将此计划告知欧阳山，欧阳山感叹国民党内部无法弥合的派系斗争与腐败，终于答应助共产党一臂之力，提供了城防图情报。赵子歧全面封锁上海，李侠利用赵子歧情感上的弱点，终于让赵子歧放走了小扣子。殊不知，小扣子在不自知的情况下，已经用极其特殊的方式把情报带到了解放区。赵子歧得知此事之后完全崩溃，最终与李侠同归于尽。李侠在弥留之际发出了最后的电波：永别了，同志们，我想念你们！