一九四零年，无雪的冬天。

一部秘密电台的破获，一个神秘代号——“佛爷”的出现，使八路军陕甘宁边区保安处的首长们感到事态万分紧急。

军统特务激活了潜伏在延安达三年之久的特务头子“佛爷”，将对边区展开大规模的特务行动，行动目标指向边区第一届参议会，威胁党中央毛主席的安全。

边保紧急调遣一直潜伏在国统区的优秀特工鲁平回延安，在边保侦察科走马上任，担任侦察科长。保卫部长与鲁平立下了军令状，要求在边区参议会召开之前的二十天内，一举破获“佛爷”领导的特务网络，抓获八个特务行动组，保证第一届参议会的顺利召开，保证中央领导的安全。

智勇双全的鲁平，被誉为“八路军中的福尔摩斯”，凭借着长期地下斗争的经验与智慧，带领侦查科的六名优秀侦查员，克服重重困难，拨开层层迷雾，与“佛爷”领导的汉江班特务组织在延安展开了殊死较量。

国民党国防部高级军官代表团的机要参谋神秘失踪、延安郊外东高村出现的白发魔鬼。使得鲁平从上任开始就陷入了毫无头绪的迷案之中。鲁平带领着侦察科的侦察员们，顺着蛛丝马迹开始了艰难的侦破，终于使案情真相大白，抓住了隐藏在延安八路军军委机要局里的特务“神仙”田秀玲，并且就在鲁平的未婚妻关梅被“神仙”劫持杀害的关键时刻，击毙了田秀玲，救出了关梅。而通过破获“神仙”田秀玲小组，鲁平惊愕地意识到，“佛爷”领导的特务网络，早已经渗透到了延安八路军的要害部门，掌握着情报部门的一举一动，所以侦察科的行动一直处于被动之中。鲁平决心挖出这个隐藏在机要部门的特务网络。

八路军高级将领的儿子郭二蛋被劫持，鲁艺院外河沟里出现的无头女尸、杨家岭中央机关井水里的毒药……一系列离奇悬案都被“八路军的福尔摩斯”鲁平一一破解。并且又挖出了隐藏在延安的三个军统特务行动组，线索开始指向了“佛爷”，而令侦察员们感觉到意外的是，根据从特务们那里得到的情报，“佛爷”特务网络的规模，不是边保首长判断的八个行动组，二十多个军统特务。他们的规模达到三十多个行动组，一百多名经验丰富的特务。这些情报，引起了社会部，八路军总部的高度重视，他们要求鲁平，不惜一切代价，要在边区参议会召开之前，抓到“佛爷”。也只有用这样的办法，才能在短时间内，摧毁这庞大的特务网络。

鲁平陷于两难的地步，一方面通过自己的努力，使得“佛爷”的特务网络露出了冰山一角，但是同时，特务组织还在不断地进行破坏，恶性案件不断发生，这些案件对共产党与八路军的形象，造成了恶劣的影响，分身乏术的鲁平开始感觉到力不从心。同时，为了抓获潜伏特务，侦察员韩五的儿子，副科长岳凌霄的家人都惨遭杀害，这就使得鲁平更加心力憔悴。

十几天过去了，第一届边区参议会马上就要召开，潜在的威胁已经一步一步地到来，而侦察科的侦察员们，除了不断收集上来的关于“佛爷”的信息以外，根本无法接近传说中的佛爷半步。

鲁平美丽的未婚妻关梅，受上级领导的委派，前往国统区，试图从军统内部打开缺口，却意外地被军统特务在重庆逮捕杀害。

一系列的挫败，使“八路军中的福尔摩斯”冷静了下来，他从意气风发的状态中走了出来，开始接近群众，替老百姓着想，变得朴实起来。而恰恰是身边的老百姓，开始帮助“福尔摩斯”走出了迷雾。

未婚妻的死，使鲁平隐约感觉到，“佛爷”应该就在自己的身边，随时观察着自己的一举一动，鲁平将视线转向了侦察科内部，他怀疑佛爷就在侦察科内。并且向边保的首长提出了大胆的建议。

边区保安处经过缜密的研究，决定采纳鲁平的建议，在离边区参议会召开还有三天的时候，撤销了鲁平侦察科长的职务，鲁平以消极颓废失败者的姿态，从边保侦察科消失了。

其实，鲁平并没有消失，他躲到了暗处，对侦察科的人员，展开了缜密的调查。并且在外围顺藤摸瓜，打入了延安邮电局成了表面上不务正业的邮电局局长。在邮电局里，鲁平终于掌握了“佛爷”与特务网络联络的信箱钥匙。

就在边区参议会召开的前夜，鲁平摸到了佛爷的线索，经过一天一夜的浴血奋战，终于揭开了“佛爷”神秘的面纱。但是，老奸巨猾的“佛爷”为了这一天做好了充分的准备，一套套方案使鲁平与侦察员们如陷入迷宫一般，应接不暇。

鲁平决定破釜沉舟，用自己的生命，引诱佛爷的出现。

在黄土高坡上，经过殊死较量的对手终于见面了，“佛爷”告诉鲁平，自己在延安要完成的大业已经大功告成，唯一的心愿就是在撤离之前杀掉鲁平，不然“八路军中的福尔摩斯”永远会是自己的对手。鲁平也将计就计，从佛爷的言谈举止中，意识到“佛爷”利用什么方法将炸弹藏入参议会的会场。

副科长岳凌霄带领侦察员们冲上黄土高坡，与特务们展开激战。在掩护鲁平的过程中岳凌霄身负重伤，与特务同归于尽，壮烈牺牲。

千钧一发之际，一身血污的鲁平冲到了边区参议会的会场，找到了“佛爷”隐藏在参议会会场的定时炸弹，并带着炸弹离开了会场。

一声巨响，烈焰在黄土高坡上升起。迎来的是边区参议会召开的热烈掌声。毛主席，周副主席等领导人神采飞扬地走进了参议会会场，与代表们共商国事。鲁平躺在烟雾之中，露出了胜利的微笑。

在 边区参议会召开的大喜日子里，侦察员们列队，为牺牲的战友送行。而鲁平接受了新的任务，收拾行囊，悄悄地消失在了一望无尽的黄土高坡上……