一九三七年七月七日，卢沟桥事变之后，抗日战争爆发，同年十一月十二日上海沦陷，国民政府迁都重庆，南京被攻占，日本不断派出飞机对重庆进行轰炸，战争进入相持阶段。几名日军空降而下，当他们到达接头地点时被围住，日本女特务千代子救下他们。

1939年，重庆，苏联军事代表团要到重庆和赵延年(谢钢 饰)谈判关于防空武器的事情，千代子接到命令要用影子计划将谈判破坏。日本女特务千代子准备绑架女大学生赵欣梦。千代子是大特务北条荣一(徐成峰 饰)名义上的独生女，也是赵欣梦幼时失散的孪生姐姐。

赵欣梦的男朋友高志远(杨烁 饰)是王牌飞行员，他几次在空中都化险为夷，听到枪声后高志远将受伤的人救下，那人回去后将情况汇报给重庆军统局，重庆全城都在搜捕日军间谍。千代子一直从远处观察着赵欣梦和志远的一举一动。赵欣梦父亲不想让她和高志远交往，她想参军去抗击日本人。

赵欣梦和千代子都因飞机轰炸而躲入地下防空洞，赵欣梦混乱之中看到了和自己长的一样的千代子，但很快她又不见了。日军在武汉秘密机场的位置正在通过电报发送，一群日本兵将发现了发报位置，他们将其包围，发报员死在发报机前。重庆方面在等待着情报的到来，情报副本在李汉正(齐奎 饰)身上。

赵欣梦被军统陈旧(高鑫 饰)安全送回家中，千代子去会见北条荣一派去的裁缝，他得知替换不顺利，千代子要在苏联人到达前替换赵欣梦。千代子准备执行备用方案，赵欣梦和同学去了裁缝店试衣服，千代子已悄悄潜入，在赵欣梦试衣服之机千代子将她替换，赵欣梦被捆绑起来。