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1950年初夏，美丽的西南边陲小镇——四方台。退伍军医陈 元地在回乡的山路上遭“白猿”残匪的袭击，双目暂时失明。而得到敌情密报，正赶往西头村的四方台县武装大队长李红河，及时解救了陈元地，并决定护送他回西头村。深夜里，和陈元地分别了五年的新婚妻子梅敏迎接了他们。当晚陈元地梦到了去世的父亲问他要祖传的药方——搜神方，李红河也发现有飘忽的人影停留在陈家。
李红河找不到西头村怪事的线索，于是假装离开西头村，进行暗访。梅敏陪陈元地去祭拜陈父，坟前，陈元地写出了“搜神方”，梅敏想动手去摸，就在这时，“搜神方”自行燃烧了。陈元地注意到父亲坟墓旁多了一座新坟，梅敏告诉陈元地，那是他死于国民党溃兵之手的妹妹陈家妹的坟。李红河在山上发现了一个山洞，在山洞他抓到了那个总往陈家跑的女怪人，李红河决定带她回陈家去问个究竟。
陈元地身边怪事不断出现了，他发现身边的人有问题，包括妻子梅敏也是假扮的。陈元地用凶险的方法治好自己的眼睛后，发现周围的乡亲他竟然一个都不认识，而陈家妹的坟竟然是梅敏的，此时假梅敏不告而别。李红河和女怪人被人推下山谷，大难不死的他发现女怪人就是陈家妹，陈家妹告诉他，村里的乡亲们都被土匪胁持了，村民们都是土匪假扮的。
李红河带着陈家妹赶回村里，机智的吓退了众土匪。恢复神志的陈家妹将村里发生的事情告诉了他们两人，原来白猿匪帮就是想得到陈家祖传的“搜神方”，药方的背后还有其他的秘密。李红河提醒陈元地，要立即离开这里，赶往四方台。李红河带着陈元地，向县委张书记和新来的代理县长赵成汇报情况，结合截获的情报，他们确认潜伏敌特勾结白猿匪帮启动了代号叫“天狼”的破坏行动。
路过蓝家药铺时，陈家兄妹见到了风流俊俏的女掌柜蓝双双，她对李红河出奇的热情，让陈家妹很反感。陈元地要去资料馆查找搜神方的秘密，丁喜、张宝春这两个白猿的眼线紧随其后，却找不到机会下手。在资料馆，陈元地遇到了神秘兮兮的县政府文书吕霞，好像她也在找什么资料。路上，假梅敏跟踪了陈元地，陈元地与李红河一番商议，决定第二天要诱捕假梅敏。
蓝双双竟是潜伏的敌特，她向神秘人汇报，白猿的眼线贸然行动，自己要和白猿讨个说法。就在陈元地再次去往资料馆的路上，他收到了一张写有“秘密就在幽灵谷”的纸条。通过对以往资料的查阅，他发现白猿曾经和日本人在幽灵谷打过一仗，日军有大批战略物资不知所踪。孔雀曾经听土匪说起过，搜神方是打开一个宝库的其中一把钥匙，这个宝库和穆家老爷有关系。
调查粮仓没有一点线索，这时城里却出现了白猿杀人前的标志——血骷髅，目标就是裁缝丁喜。原来白猿发现丁、张二人做了叛徒，委托蓝双双清理门户。陈家妹偶然间发现，蓝双双鬼鬼祟祟地出现在县政府的后院，于是就悄悄跟了过去，可是蓝双双却在后院消失了，出现的竟是吕霞。经分析，陈元地认为，这个丁喜跟白猿一定有某种关系，他们决定提审丁喜。可是他们进屋看到的，竟然是丁喜夫妇的尸体。
在丁喜夫妇被杀的房间，李红河发现了一条暗道，直通县政府后院的水井，陈家妹坚称凶手就是蓝双双。张书记和陈元地分析出县政府的暗道（穆府地宫）肯定有问题，大家决定勘察穆府地宫。一番努力之后，他们在地宫中找到了穆老爷一家人的尸骨，地宫是条重要线索，要继续勘察下去。陈家妹为调查线索来到蓝家药铺，意外见到了一个她熟悉的人，却随即被蓝双双一棒打晕。
陈元地收到绑架信，陈李二人按照绑架信上的联络方式分头埋伏，却没有任何结果，陈元地敏锐地感到蓝双双有问题。就在这时，蓝双双被人暗杀了。在她的手中，紧紧地攥着与梅敏极为相似的一条项链。为了继续寻找家妹，大家又来到蓝家药铺仔细搜查，终于找到了家妹和未死的梅敏。
根据胡主任送来的日军尸体化验报告和密件，张书记证实了他对陈元地的考察，并发展陈元地为将“神箭行动”的成员。他告诉陈元地，潜伏特务伙同白猿设计了“天狼行动”，想找到穆家老库，利用宝库内日本人遗留下的致命杀伤性化学武器，在国庆一周年的关键时刻搞大破坏。土匪找到了孔雀，她竟然和白猿有关系，土匪准备火烧粮仓，并让孔雀把陈元地引到粮仓。
