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1949年，大上海解放前夕。八路军先遣队入城，国民党尚未完全撤离，城内势力犬牙交错，敌我难分。潜伏在军统上海分站的中共地下党罗康趁乱盗得一份绝密文件，被军统处长李少云带领便衣特务队紧追不舍，负伤的罗康逃到德兴洋行，找到了自己的单线联络人德兴洋行老板，地下党员叶正龙，告知叶正龙军统正组织人马前去炸毁沪江电厂。叶正龙赶至电厂报信，却险被守卫电厂的工人纠察队当成搞破坏的特务拒之门外。这时，国民党守军载满炸药的汽车随即开至电厂门口，危机之下，叶正龙带领护厂队工人与敌人斗智斗勇拖延时间，终于坚持到八路军前来救援。李少云循着血迹找到了德兴洋行，机警的罗康藏好了文件箱逃匿。李少云率特务追赶。就在即将抓住罗康之时，却遭遇解放军进城先遣部队。连长高青山救下了罗康，却怀疑罗康的身份，将他关在临时收容所。保住电厂的叶正龙赶回洋行，发现罗康已被收押。急切间却无法证明罗康和自己的地下党身份。被扣押的罗康担心那份绝密文件的安全，于是向先遣队团长说明情况，并希望安排人员马上回洋行取文件箱，孰料文件箱已被神秘人取走。而另一边，叶正龙四处寻找能证明罗康身份的人。紧张的一夜即将过去，叶正龙带着组织上开具的罗康身份证明材料赶往临时看押所。就在看押所大门口，他听见里面传来一声枪响，再进去时，被单独关押在收容所小房间里的罗康已倒在血泊之中，毙命身亡。其时上海局面混乱无比，这件事就这么被压了下来。
上海解放后，百业待兴。叶正龙在地下工作时的老上级贾文林想安排叶正龙继续隐藏身份在工商界工作。叶正龙却为罗康之死和下落不明的文件箱耿耿于怀，要求恢复身份去公安局工作。叶正龙说出了一个贾文林无法拒绝的理由——那个罗康拼命盗取的文件箱里装着的是军统在上海的潜伏特务名单，他一定要把它和杀害罗康的凶手找出来。此时，奉命潜伏的军统特务邵舒杰和李少云从另一个潜伏特务赵兰手中拿到了一个绝密文件箱。文件箱依然密封，只有持有钥匙的人才能打开。赵兰透露是代号708的神秘潜伏特务获取了文件箱并处决了罗康，总部命令邵舒杰带着文件箱回台湾总局复命，李少云接到的新任务是1个月后炸掉电厂。沪江公安局正式成立，叶正龙和贾文林与高青山成为侦查科同事，团长郑海风担任局长，副团长韩永年担任副局长，而这后三个人都与罗康的离奇遇害前有直接接触。叶正龙一直对3人心存芥蒂。而因罗康事件与叶正龙有过冲突的高、韩两人也瞧着满身资产阶级做派的叶不顺眼。邵舒杰去舟山途中，文件箱被盗。他找到小偷窝点寻到箱子，十多个小偷亦被李少云全部灭口。但其间却遗漏了与小偷头子素有交情的江湖混子蒋文虎。上海商会会长大米商蔡荣贵的女儿蔡玉喜欢叶正龙，经常来找叶正龙，大街上二人正聊着碰见了蒋文虎，叶正龙丢下蔡玉与蒋文虎赶至小偷窝点，从现场蛛丝马迹中，叶正龙推测出蒋文虎看见的那只箱子就是罗康盗取的军统绝密文件箱。箱子为什么又回到了军统特务手上？叶正龙怀疑解放军内部有内鬼。邵舒杰在舟山岛安顿下来，伺机等待偷渡去台湾的时机。李少云等潜伏特务则密谋炸掉电厂，已经进入了倒计时。蔡玉的闺友，电厂女工金巧玲答应替男友南原将一包紧俏的盘尼西林带进电厂，捎给家有病人的远房堂弟。可金巧玲在衣帽间换衣服时，那盒药却被一双手悄悄拿走了。电厂锅炉房的两个工人发现了装在饭盒里的定时炸弹，工人老易在危急关头将炸弹扔向煤堆。电厂设备保住了，老易因此牺牲。
局长郑海风听过叶正龙汇报之后，一方面秘密着手甄别先后接触过罗康的人员身份，一方面派叶正龙和高青山负责电厂的安全保卫工作。叶正龙与高青山带领侦查科介入电厂爆炸案，却查不出任何眉目。金巧玲因为丢了男朋友南原托自己转交的珍贵西药，将烦恼告知蔡玉，蔡玉觉得东西是在电厂里丢的，应该报告负责电厂安全的公安叶正龙，可情迷心窍的金巧玲却不愿声张。调查中，电厂运煤工崔长林成为爆炸案的头号怀疑对象，他各种欲盖弥彰的行为让高青山锁定他为怀疑对象。但叶正龙却认为情况没有那么简单。叶正龙查出十来个工人在吃晚饭时，同时被下了进口的泻药，而装炸弹的崔长林的饭盒中，也残留着泻药成分。高青山突审崔长林，崔竟然交代自己曾是国军部队中的一名少校军医，因战败开小差，隐匿在电厂当工人。另一方面叶正龙却排除了对崔长林的嫌疑，决定从追查进口泻药入手。两人思维和行事方式简直南辕北辙。由于查案方式不同，两人间一直不太对付的关系更加火上浇油。叶正龙终于在一家药店找到进口泻药，并得知有个女人打电话预定了最后一盒。叶正龙等在药店守株待兔，不料等来的却是蔡玉。与此同时，被高青山暂时看押在电厂隔离室的崔长林却逃跑了。
叶正龙为追查电厂爆炸前一天来药店买走泻药的年糕团小贩找蒋文虎帮忙。李少云派人拦截了出逃的崔长林，将崔杀掉制造出灭口假象。叶正龙在蒋文虎帮助下，终于寻到了外出寻花问柳的年糕团小贩——特务墩子。墩子交代，电厂厨房大师傅戴延龄是其同伙，泻药正是交给了他。戴延龄拒不承认自己认识墩子，更不承认自己在晚饭面汤中下了泻药。叶正龙只好将墩子和戴延龄押解出电厂回公安局继续审问。不料，刚走出电厂大门，墩子和戴延龄就被冷枪击中要害。很快，崔长林的尸体也被发现了。爆炸案线索全部中断。叶正龙认为墩子和戴延龄遭遇黑枪，从枪支、开枪手法、子弹等多种迹象分析，中枪位置与罗康身上的伤口位置一致，与枪杀罗康的人很可能是同一人。问题一定出在公安局内部，他开始隐瞒案件细节，以怀疑的态度审视身边的每一个同事。蔡玉无意中将金巧玲为男朋友带盘尼西林进电厂的事情告诉了叶正龙，而那一天正好发生了电厂爆炸案。叶正龙敏感到这个金巧玲所谓的男朋友身上一定隐藏着秘密。控制、破坏上海物价的稳定是军统总部的又一指令。李少云的目标是控制上海最大的米商蔡荣贵。他一方面派特务假装劫匪抢劫各米行，一方面派姚启彬通过金巧玲打探到蔡家米行的运米时间和地点。
叶正龙找到金巧玲查问情况，告诉巧玲他男朋友很有可能是特务。这对金巧玲不啻晴天霹雳，但还要忍痛答应叶正龙继续与化名南原的人保持联系。李少云与赵兰带人胁迫蔡家米行的总管万春山烧掉了蔡家的粮食仓库，毁掉了1千担的白米。事发之后，万春山伪装受伤报了假案，叶正龙和高青山等人介入调查。蔡荣贵痛心疾首，疑为劫匪所为。叶正龙认为不是劫匪干的，而是潜伏特务所为，目的是恐吓米商，在上海制造物价飞涨的恐慌。在万春山的鼓动下，商会会长蔡荣贵同意全市米行统一涨价，民众立刻怨声载道。高青山觉得这是资本家耍的两面派伎俩，认为该坚决打击，叶正龙却不同意这么简单粗暴地处理问题，高青山和女公安何云认定叶正龙因为蔡玉的缘故袒护蔡荣贵。上海米价狂升，市面混乱。蔡荣贵的老狐狸做派开始显露，他手头有救急的储备米。因对共产党怀有戒备，并不打算马上拿出储备米救市，一直等待观望。叶正龙从蔡玉处得知蔡家还有几处储备米仓库，便决定做通蔡荣贵的工作，稳定米价。不料意气用事的高青山与何云却动用武力逼迫兴盛米店老板，强令卖平价米。将叶正龙的如意算盘打乱。因米市风潮，叶正龙与高青山、何云等同事的矛盾加深，叶正龙在侦查科陷入孤立。而高青山、何云二人渐生好感。
高青山强制米价的鲁莽举动正中李少云下怀，蔡荣贵因此对共产党的疑虑更深，于是对郑海风和叶正龙的来访避而不见。上海的粮食风潮弄得人心惶惶，神秘的708指示李少云立刻采取第二步行动，趁乱炸掉电厂。一面是公，一面是情，这个节骨眼上，叶正龙与蔡玉不断会面，又引来众人更多非议。特务们弹冠相庆，高青山等的鲁莽举动无异于给动荡局面火上浇油。李少云于是策动万春山煽动全市米店老板罢市。万春山打着蔡荣贵的招牌煽动米商集体罢市，蔡荣贵知道后大发雷霆，痛骂万春山背着他行事。但却也无法挽回现状，只好托病闭门不出。粮食奇缺，米行罢市，百姓无米下锅，不满情绪高涨，形势险峻，一触即发。特务们还在借机准备发动抢米风潮。蔡玉得知米行罢市，恳求父亲蔡荣贵重开米市，但此时的蔡荣贵已进退维谷，加之他一直以来对共产党的不信任情绪，让他拒绝了女儿的请求。公安局中，我公安人员也在紧急地运筹帷幄。最终郑海风采纳叶正龙的意见，全权委派叶正龙出面做通蔡荣贵的工作，打开蔡家粮食储备仓库注入市面，缓解米市紧张局面。
时不我待，叶正龙从蔡玉口中套得蔡荣贵每天喝茶的地点，决心亲自面对蔡荣贵这个老江湖。叶正龙强见蔡荣贵，一番巧妙斡旋。赢得蔡荣贵赏识，蔡荣贵终于答应打开储备粮草粮仓放米，只提出一个条件——他的线报表明，军方正在各地紧急调运大米救市，这批救市大米必须交给他蔡荣贵来全权经营。叶正龙为了立刻平定市场的混乱局势，便一口答应下来。叶正龙的自作主张在公安局内部引起轩然大波，群相围攻之下，反倒只有高青山对叶正龙表示了支持，这让叶既感到意外又有些惊喜。最后还是局长郑海风力排众议支持叶正龙，决定答应蔡荣贵的条件。与此同时，那个神秘的708传递出情报，李少云很快得知了蔡荣贵与共产党政府合作的秘密。蔡荣贵的秘密粮食储备仓库突然间被饥饿的市民包围了，一场强抢粮食的争斗瞬间即将发生。而混乱中，带着炸药的特务也在准备冒充仪万国表行师傅进入电厂实施爆炸行动。公安局干警全部出动去维护蔡荣贵的粮仓，以制止已经发生激烈冲突的仓库守卫和民众。从自己江湖上朋友发现得蛛丝马迹来看，叶正龙感觉中了敌人的调虎离山离山计。但正是这种江湖作风，让公安局的同事丧失了对叶正龙的信任感。叶正龙只好孤身赶往电厂。米仓之前，高青山、何云等人用自己的身体挡住了抢米的民众，保住了蔡荣贵的粮仓。这不禁让蔡荣贵开始对共产党有了些许好感。当叶正龙赶到电厂时，金巧玲因发现特务行动而被劫持成人质。叶正龙只好用自己换出了金巧玲。特务被围困在电厂之中，进退两难。叶正龙说服特务出去投降，但出到门外，特务又意外被黑枪打死。总是在节骨眼上出现的黑枪让叶正龙恼怒不已，暗暗发誓，一定要抓到这个能令人一枪毙命的杀手。
高青山为叶正龙奋不顾身保卫电厂表示要向叶正龙学习，叶正龙也赞赏高青山拼命护住蔡家米仓之举。虽然有罗康事件，而且行事风格也大相径庭，但两人之间依稀有些惺惺相惜。眼见叶正龙再次坏了自己的计划，潜伏的特务头子李少云决定让枪手陈力生出马射杀叶正龙，以除后患。陈力生伺机杀害叶正龙，正逢叶正龙与何云外出办案时，陈力生觅得下手良机。仓促混战中，叶正龙胳膊中枪，无处可避。幸亏何云及时赶到相救击毙陈力生，叶正龙侥幸逃脱死劫，但亦重伤昏迷住院。奉命调查叶正龙中枪事件的公安马英通过分析陈力生的枪法和历次被他击中的死者中弹部位，怀疑陈力生对叶正龙手下留情，不然一个曾经弹无虚发的枪手怎么偏偏打中叶正龙的胳膊而不是致命的地方呢？难得是叶正龙有问题么？这样的发现让高青山也满腹狐疑。蔡玉到医院看望叶正龙，与何云相遇。见何云拳拳照顾叶正龙之情，蔡玉心中大为不快。很快，叶正龙不顾伤势就出院了，因为还有太多的谜团等着他去解开。高青山怀疑金巧玲串通敌特，将炸弹带入电厂。叶正龙却认为金巧玲只是被敌特利用，他已经做通了金的思想工作，只要南原一露面，立即抓捕。
化名南原的姚启彬因欲再次利用金巧玲，约金巧玲看电影。叶正龙与高青山趁机布下陷阱准备擒获姚启彬。不料，蒋文虎在金巧玲身边意外出现，纠缠不休，高青山在命人赶走蒋文虎的同时，也惊走了疑神疑鬼的姚启彬。前面的枪手事件，加之对姚启彬设伏落空。再加上一封忽如起来的匿名信不断在加深公安局内部对叶正龙的怀疑。匿名信上指出，叶有个恶霸叔叔在老家被镇压，他本人在解放前曾经被军统逮捕过。联系电厂爆炸案侦破的频繁失利，副局长韩永年不得不做出决断，密令调查叶正龙。叶正龙作好次日让蒋文虎带到特务窝点抓捕特务的计划，高青山与何云却商量提前行动，何云想通知叶正龙，遭到高青山的反对。抓捕计划提前实施，大获成功。叶正龙开始感受到同事对自己的普遍不信任情绪。针对公安局内部对叶正龙与资本家小姐蔡玉亲密关系的议论，郑海风采纳了韩永年的建议，决定正式撮合叶正龙和何云，让他们结成夫妻。何云虽然对战斗英雄高青山怀有好感，面对组织上的安排，只有服从。忐忑不安的何云去找高青山拿主意。不想高青山却表态支持何云与叶正龙谈恋爱。何云伤心离去。何云多次看见叶正龙与蔡玉亲昵地在一起，遂向韩永年副局长表示，自己不愿意与叶正龙交往，韩强令何云服从组织安排，多与叶正龙接近，这样才能全面了解他。
公安局宣布了最新人事任命，高青山和何云分别为侦查科正副科长，叶正龙只是普通侦查员。蔡玉决定陪着金巧玲一起寻找失去联系的特务南原（姚启彬），以此洗清金巧玲身上的嫌疑，不想却问到了特务赵兰的身上，两个涉世不深的姑娘不知道自己深陷危险之中。与姚启彬鬼混的赵兰怀了孩子，想偷偷把孩子生下来，不敢去见神秘的女头目309，只好向李少云求情。李少云此时才知道一直指挥自己的上司是个女人。何云与叶正龙去墓地查找南原的踪迹，正好遇见了也在墓地等待南原出现的蔡玉和金巧玲。何云以为叶正龙和蔡玉约好的，很不高兴。蔡玉见叶正龙故意不理睬自己，赌气离去，却不小心摔倒，划伤了胳膊。叶正龙与何云立刻把蔡玉送到医院处理伤口。意想不到的是，金巧玲发现了化名南原的姚启彬。原来，姚启彬送突然大出血的孕妇赵兰来医院抢救的。不意被巧玲撞见，姚启彬只好丢下手术室里生死未卜的赵兰独自逃逸。李少云怒责姚启彬的行事让整个组织都陷入到暴露危险，将姚关押。李少云孤身潜入医院，果断地杀掉了已经被抢救过来的赵兰。医院事件中，叶正龙从救护车司机处查出姚启彬与被抢救的孕妇住在宜和路20号，立刻与高青山赶往抓捕姚启彬。待到高叶等人走进宜和路20号时，不禁大吃一惊。里面正为去世的主人做法事，而灵堂里摆放的死者姚启彬的照片正是他们要抓捕的南原。到底是救护车司机记错了路还是叶正龙的调查报告有误呢？高青山与何云谁也没有说出自己的疑问，回局里汇报工作，叶正龙却坚持独自留下继续调查。
