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在市人民医院，公安局侦讯科科长董成布置了一次以女特务邓有恩为诱饵的抓捕特务行动，一名戴口罩的医生拿着一个信封交给副院长赵金迪，说市公安局的人让她转交给邓有恩。邓有恩接到信后逃脱了，信里发现了一颗子弹和一张带血的照片。赵金迪以特务的名义被逮捕。志愿军转业军人陆飞通过组织找到了他的母亲，在母亲家他看到了侄子和侄女。组织说他本名刘宗震，母亲叫赵金迪。陆飞被任命为市公安局二科副科长，才知道母亲被抓。审讯室里陆飞看见了从未见过的母亲。他百感交集。
陆飞跟科长请示希望主审他的母亲陆飞和董成用了很多方法希望从赵金迪口中套出口供，可是赵金迪没有任何纰漏，反而和董和陆述说自己以前的事迹。陆飞见审不出话，就把董成叫了出去，希望改变策略，先认赵金迪为母，再动之以情，董成同意了，母子二人在狱中相认。但陆飞大公无私，继续审问赵金迪，董成以陆飞的前途逼迫赵金迪承认是间谍，赵犹豫了。审问告一段落后，赵金迪让陆飞回家去见他的妻子，林秋影，但是陆飞从未结婚，于是陆飞报告了上级，同时去见了林秋影，二人把话说开了，林秋影一口咬定自己是刘宗震的妻子。于是二人去了公安局，经验定，陆飞并不是刘宗震，是民政局的失误。陆飞送林秋影回家，中途林秋影发现陆飞病了，送他去医院，陆飞趁林秋影不在跑了出来。林秋影发现后跑出去寻找陆飞，两人相遇后，被一辆卡车撞了。并被一条钢丝把身体穿在了一起，两人一起去医院就诊。
医生对陆飞和林秋影的恐怖情况一筹莫展，救治方案是两个只能活一个。医生告诉董成，只有医术最高的赵金迪才有把握救活两个。赵金迪主持的手术相当成功，更在手术中认出潜伏在医院、陷害了她的那个特务，特务用赵金迪的刀自杀，赵金迪再次背负灭口的罪名。侦查科找到了无数证据，发现档案中他曾是国民党特务组织的成员，证明赵金迪就是特务，并有刺杀南方首长的计划，陆飞也因为帮赵金迪邮寄包裹间接成了帮凶。侦查科的同志为了保护首长牺牲众多，陆飞提出释放赵金迪，以钓大鱼。
陆飞与林秋影达成共识，和他假扮夫妻，用养伤的名义在着家贴身监视赵金迪。陆飞训练着林秋影，做一切准备，但林秋影始终不能进入状态。赵金迪留给林秋影一封信，林秋影相信赵金迪所说：董成是特务。但秋影追踪敌人的时候却被擒获，陆飞为了救她而惨遭杀害，林秋影悲痛欲绝，没想到陆飞一骨碌爬了起来，原来这也是训练课程。林秋影经过这次刺激，果然悟到了很多，她学会了侦察行动，却始终不能适应和一个陌生男人装做夫妻。
陆飞和林秋影逐渐产生了情愫，因公事中不可掺杂私人感情，陆飞要求回避这个案件。正在这个当口，医院逃出的女特务邓有恩携带炸药混入公安局。陆飞智勇双全，制住邓有恩，从她的口供中，发现了一个叫做“玫瑰旅”的极端特务组织，头头叫做胡凌。公安局安排投诚的邓有恩去赵金迪家试探情况，而陆飞也被部长命令继续和林秋影假扮夫妻，监视赵金迪。陆飞返家，发现董成竟在赵金迪家附近埋伏了人马，号称监视赵金迪，实则是不放心陆飞的行动，陆飞强迫董成撤了暗哨。
到了约定时间，邓有恩并没有出现在赵金迪家，他在赵金迪家后面的废屋上吊死了。董成认定赵金迪就是特务，要立刻逮捕她。陆飞坚持要等赵金迪和“玫瑰旅”接头，坐实了证据以后才实施逮捕，两人发生了激烈的冲突。上面下来两位老首长，力证赵金迪是我党打入国民党的地下工作者，还曾经救过他们两个人的性命，洗脱了赵金迪的嫌疑。邓有恩的尸体上出现了一些红色斑点，公安局调查出这是中了日本侵华时发明的一种晶毒，中毒的人会被施毒者控制做任何事情。
陆做模拟调查，排出可疑蓝纱巾人，董很抵触。洗澡时陆看到董后颈有伤，要顾雨岚找秋影调查，得知放枪进包的是女人。陆问董为什么撒谎，相信董是好战士，请他也相信自己。董说那天下车后邓有话说，趁董弯腰下了董枪，有人在背后说：别杀他，他不该死，董昏迷前模糊看到一个女的围着蓝纱巾。陆、董感到秋影那天有打昏董的机会，派人监视她。秋影冒充玫瑰旅的，被赵识破，并承认和陆监视赵。赵给陆电话，问怎么帮他，她和胡凌关系到家里谈。可赵突然跳入河里，秋影跟着跳下救人，却发现自己根本不会游泳。陆等赶到赵成了活死人。
董听秋影声音像蓝纱巾，自己枪在她包里，分析是她把赵推下河的。邓有恩和邓梅屏在医院出事，林有机会。陆认为一切疑点都对准赵是为什么，林动机不充分。秋影重演之前和赵在一起情况，在河里是围蓝纱巾人救了她，买蚊香迟了是为买皮鞋。经核实那双鞋已被蓝纱巾买走。董接一女人电话，说又把一人变成红斑尸体。陆跟踪蓝纱巾，弄清她是医院郭倪大夫。苏联专家柳德米拉来帮助提高侦破技术。女人电话说已有四个红斑尸体了。公安监视邓有恩家，秋影进她家在找东西，无意打坏暗室试验器皿着火了。
陆发现起火救出秋影，戴蓝纱巾郭倪中毒，这时说第五具红斑尸体电话又来了。苏专家测谎仪用在秋影、郭倪身上，秋影在送陆鞋盒上看见字条叫她下午去这个地址，郭倪不放心也去了。董问郭去过工业局家属后院吗，郭变脸发疯了。董送给郭笔和本道歉，说她围上蓝纱巾好看，请公交车乘客来认都说不是。上级不让用测谎仪。陆对顾部长说案子破了把假夫妻变成真夫妻。陆是柳德米拉父亲的学生，两人见面很亲热，柳和丈夫要陆、林两人表示是否相爱。郭倪到聚会现场骂陆玩弄感情。
郭倪日记记载在工业局家属后院曾见女鬼，陆要拍照董反对。陆回忆在朝鲜战场任保卫干事，发现可疑情况，建议转移指挥部，遭司令员批评，因自己没有坚持，指挥部被炸，损失惨重。鬼出现了。仅拍下一张不清楚照片。陆去秋影家乡调查，见到曾是特务的其叔林燕国，其妻子出外假装被杀。
