1948年4月，共产党西北野战军发起西府战役，围攻西北重镇宝鸡，国民党被迫放弃延安。
南京国防部第二部军事技术部主任余北平正在家里整理仪器，准备赶往清城的火车去见道济银行董事长张汉民，把女儿徐丹妮放在其他地方的五线谱纸上。出乎意料的是，张汉民被南京国防部第二部门特别调查处处长郑毅发现是共产党潜伏在南京的间谍。当天，郑毅带人来到道济银行。看到张汉民不在，他强迫道济银行的接待员通过她询问共产党的信息。
就在这时，俞北平碰巧打电话给道济银行找张汉民，这让郑毅不禁怀疑俞北平是张汉民的同党。
在郑毅的监控下，接待员战战兢兢地接到了俞北平的电话。随后，郑毅向她询问了俞北平和张汉民的沟通细节，接待员不想告诉她这些信息。郑毅拿出刀残忍地刺穿了接待员的手掌。接待员痛苦了一会儿，一次又一次地哭泣。
与此同时，俞北平整理好仪器出门，正好遇到了南京国防部第二厅副厅长徐文正，他在楼下等着岳父。在徐文正的指示下，俞北平一直与张汉民有生意往来。这时，张汉民被发现是共产党。徐文正提醒俞北平及时与张汉民撇开关系，避免陷入浑水。
在郑毅的严刑逼供下，道济银行的接待员终于屈服了，告诉他们，共产党特务今天下午1点在9号大厦见面。
得知张汉民被发现是共产党后，俞北平感到震惊。他匆匆来到与张汉民预约的咖啡馆与张汉民见面，并通知张汉民他的共产党身份已被曝光。原来，俞北平也是共党潜伏在国民党的特务，而张汉民是他的联络员。张汉民告诉余北平会见上述新联络员的时间和地点，并告诉他进一步追踪清城轴心中美联合攻防部署，代号为“比基尼”，部分与此事相关的信息在9号大厦的保险箱中。在解释了一切之后，为了掩护俞北平的身份，张汉民主动伸手按下扳机，开枪自杀。
自从郑毅怀疑俞北平后，他就安排人手监视俞北平。这时，她正在咖啡馆外实时监控这两个人的行为。郑毅一直很聪明。看到俞北平开枪杀了张汉民，她离开了咖啡馆。她猜测俞北平要去9号大厦，所以她提前开车去那里等他。没想到，俞北平真的去了那里。
余北平潜伏国民党国防部20多年，心理素质过硬。在郑毅咄咄逼人的逼问下，他仍然保持冷静，告诉她，他来这里是为了收回与张汉民交易的相关文件，以避免受到党纪处分。然而，张毅并不容易被愚弄。为了进一步考验余北平，她提议让他帮忙打开大厦内保险柜的锁。
余北平只能在郑毅强迫的视线中硬着头皮解锁，但保险箱里有共产党同志拼命交换的秘密文件，不能暴露在国民党面前。余北平解锁后，寻找机会炸毁了保险箱。虽然这一举动挽救了新派出的联络人的生命，但余北平找不到联络人，切断了共产党的联系，他的间谍工作陷入了死胡同。
与此同时，山东省清城市特别调查局派人告诉徐文正，清城的美国少校约翰早上被未知人士枪杀，他的绝密文件可能已经泄露，这正好是共产党急需的《清城轴心中美联合攻防部署》。徐文正得知此事后，召开新闻发布会，回应各界关于美国少校约翰被枪杀的问题，并透露国民党怀疑此举是共产党的行为。
郑毅独自想到保险箱在房子里被炸毁了。她怀疑余北平无法摆脱这种关系，所以她让下属把余北平的所有东西都送过来。她在检查物品时发现了一台打火机。
徐文正要求副官田玉讨论郑毅怀疑俞北平的动机。俞北平是他的女婿。他不希望俞北平和共产党参与其中。后来，他让田浩告诉郑毅，他会在6:30在会议室听她的报告。
郑毅到达会议室后，徐文正质疑郑毅为什么要抓住俞北平，并认为她失去了冷静的判断，因为她的弟弟郑明在捷运中牺牲了，并提出放假让她休息。郑毅有条不紊地告诉徐文正他对俞北平的怀疑。徐文正看到她坚定，忍不住被说服，决定同意美国的要求，让俞北平调查清城事件，探索俞北平的底部。
之后，徐文正打电话给女儿，余北平的妻子徐咏仪，告诉她明天早上他会派田玉去清城接她。与此同时，他还请余北平到办公室询问他以前没有注意到张的异常情况。余北平的冷静辩驳打消了徐文正的怀疑。随后，徐文正将案件的基本信息交给余北平进行调查。
