抗战初期，国民党要员纷纷投敌叛变。军统上海站站长侯坤(缪良 饰)的投敌，导致上海站几乎全军覆没。日伪气焰十分嚣张。军统高层指派顾雪峰(李竹 饰)为新任军统上海站站长，赴上海组建代号“十三钗”的女子别动队，以完成抗日锄奸的特殊任务。十三钗中的大部分成员早先已安插在上海，以各种职业身份作为掩护，她们相继被唤醒，只有十三钗一号人物始终未能找到。 共产党员郭春光(李超 饰)受中共地下组织指派，在锄杀汉奸和搜集情报的过程中，他与十三钗建立了联系。他救下了军统上海站副站长万木林(王庆祥 饰)，从而取得了军统的信任。郭春光利用牙医身份做掩护，凭借自己的勇敢和智慧，和十三钗并肩战斗，多次出手援救十三钗。十三钗行动队长李凤凰(韩雪 饰)身手不凡，率直泼辣，率领众姐妹纵横上海滩，令日伪闻风丧胆。 随着行动的展开，郭春光发现日军的“蒲公英计划”疑云重重；锄奸对象大汉奸邹博庵(苏在强 饰)与顾雪峰是师生关系，两人斗法难分胜负；迟迟不曾出现的十三钗一号人物，很可能就是上海第一交际花，武田(张光北 饰)正治的座上客徐子晏(徐百卉 饰)，她极为低调神秘，不知道担负怎样的使命，郭春光决定一路跟随下去理清所有谜团。