1944年偽滿統治下的哈爾濱,偽裝成鐵路巡警的地下黨宋卓文(秦昊飾),被特務科科長關雪(楊冪飾)誤認為自己的救命恩人——其實是卓文失散多年的雙胞胎哥哥宋卓武(秦昊飾)。卓文為查清關東軍課長淺野大吾來哈爾濱的最高任務,將計就計利用關雪進入特務科,可是宋卓武卻突然出現,使卓文陷入始料未及的困境。關雪冷血多疑,心狠毒辣,卓武生性衝動,經常無意間破壞卓文的行動,在上級的安排下,才使得兩兄弟相互配合,彼此掩護,經歷數次的試探,避開特務科內部同事的明爭暗鬥,終於取得關雪和日方高官的信任。在這短短一年的時間之內,地下黨人們經歷千辛萬苦查清並阻止了日軍和蘇聯共謀的秘密行動,揪出潛伏在我黨內部的偽滿特務,迎來戰爭最後的勝利。
故事主要講述了津海市國安局偵察科科長高天陽(韓庚飾)發現境外情報組織「夜霧」開發了一款名叫「特工任務」的遊戲,他們利用玩家在未知情況下暗中開展間諜活動,甚至與高天陽一起長大的弟弟黃子誠(魏大勳飾)竟也深陷特工遊戲之中。黃子誠在遊戲的過程中,邂逅了搭檔姚瑤(李一桐飾),兩人共同度過一段遊戲之旅。正當黃子誠情愫漸生之時,意外發現自己和姚瑤的偶遇,或許並不是一場巧合······遊戲的殘酷性,一步步顯現在眾人的面前。高天陽與潛伏在特工遊戲中的情報人員吳熙(周放飾)互相配合,想要破獲間諜組織的秘密。誤入迷局的遊戲玩家該如何脫身?國安人員又將如何逐步粉碎間諜組織的陰謀?
本是嶺南大學學生的王佳芝(湯唯飾)因戰爭輾轉到了香港讀書,她在香港大學加入了愛國青年鄺裕民(王力宏飾)組織的話劇組,他們主演的愛國話劇更激起了他們的愛國情操。當鄺裕民得知汪偽政府的特務頭子易先生(梁朝偉飾)正在香港的時候,他們便密謀要刺殺易先生。化名「麥太太」的王佳芝很快就得到了易太太(陳沖飾)的信任與喜愛,同時美麗的「麥太太」也吸引了易先生的眼球,正當事情進行得如火如荼之際,易先生突然要回到上海去。此後王佳芝一直生活在上海,沒想到重遇了鄺裕民。當得知暗殺行動還沒結束時,王佳芝再次成為了特務,再次以「麥太太」的身份出現在易先生的面前。重逢後的二人關係進一步發展,此時的易先生因愛上了王佳芝而對她毫無忌諱,王佳芝的內心也變得起伏不定。暗殺行動進行正順利,但當易先生送給王佳芝璀璨鑽戒表達愛意時,王佳芝做出了驚人的決定…