一九三八年秋，东北日本特高课总部的课长土肥原贤二接到一封军部一号发来的紧急来电，命令他全力保护可以一举改变整个战争进程、进而迅速实现其大日本帝国梦想的“饿蟒行动”，土肥原贤二看到电文尾部“甲级绝密”四个字，举枪杀死了惟一知情的日本女报务员。
在哈尔滨某酒吧做服务员的国民党军统女特工冷月，被日本间谍盯梢和跟踪，身为训练有素的军统特工，冷月警觉的几番测试有无被跟踪，岂料后面跟踪的日本间谍非常老到，连着三次变换行装，最终摸到了军统的一个秘密据点。就在他打电话通知总部派人来抓之时，电话亭的玻璃上映现他的身后出现一个戴着礼帽和墨镜的人影。女扮男装的中共特情人员柳叶飞将日本间谍当作见面礼送给冷月，并说服冷月借用军统的发报机发送了一个紧急电报：“老鼠”即将上岸。
由于叛徒的出卖，上海地下党遭到严重破坏，柳叶飞接到指令，前往上海执行秘密任务，获取日本特使携带的秘密计划并暗中调查和清除党内的叛徒。重庆军统局二处的处长戴笠此刻也获知日本特使负有秘密使命，速派特派员林少锋前去领导上海军统调查此事。柳叶飞与林少锋在客轮上相遇、相识，林少锋对柳叶飞暗生情愫。
柳叶飞到达上海，即刻与接头人取得联络，并前往接头地点霞飞路济民药店接头。当她走进药店，街上几名扮作卖香烟和路人的日本特工盯上了她。原来，由于叛徒的出卖，济民药店这个联络点早已暴露，日特为了放长线钓大鱼，没有进行抓捕，而是采取秘密监视，毫不知情的接头人马掌柜向柳叶飞布置了任务。
上海特高课课长伊藤，通过安插在中共上海地下党的“菊剑”，一开始就得知了柳叶飞的身份，根据“菊剑”对柳叶飞的特殊了解，他决定采取计策，激化柳叶飞的性格弱点，得为己用。于是，与柳叶飞长相酷似、日本驻上海领事安森的养女、柳叶飞的双胞胎妹妹美惠子被调往上海，经过美惠子枪杀共产党人员等几次设计缜密的假象，成功地让中共地下党怀疑柳叶飞是日本奸细，并对其展开逮捕与锄奸，“受不得委屈”的柳叶飞在心爱之人大师兄江涛和同志们的逼迫下，为了澄清自己，说出了自己的真实身份和秘密行动，以及接头人和接头地点。然而，正当地下党人员前去求证之时，马掌柜却早已接到神秘人的线报，秘密失踪。柳叶飞的嫌疑不仅没能排除，反而更加说不清，这使得柳叶飞对共产党的信念产生了“动摇”，一怒之下要求退党。在密友小梅的帮助下，她逃脱了拘押，走上了与共产党和军统不相干的爱国之路。
其实，身为中共高级特工的柳叶飞早在一下轮船，就感觉到被一个神秘人跟踪，在进入药店之前，她敏锐地发觉了敌特的监视人员，就明白自己和联络站已经暴露，根据种种迹象她猜到两个师兄其中有一个是叛徒，也猜到了敌人的诡计，她未动声色，决定将计就计，故意放大自己以前的性格弱点——脾气倔，受不得委屈;然后便一步步按照敌人的计划部署走，走向日本人设定的结果。通知马老板转移的神秘人正是她，因为她知道自己一旦说出马老板，日本人定会对马进行逮捕，好继续让她承受不白之冤。在别人眼里，她是一个被爱迷昏了头脑的女人，她的种种言行，以及表现出对江涛的依赖，让日特对她放松了警惕，以为她的一切都在掌握中，甚至还暗中协助她纠集帮会的势力，在敌人的阴谋鼓动下，军统与上海地下党都认定她是汉奸，想尽办法追杀她，她也因此慢慢接受日本人的拉拢，取得了日本人的部分信赖，直至后来出现了让日本人棘手的神秘人，敌人没有想到会是她。柳叶飞正是利用这种安全的身份暗中继续自己的侦查，先是发现了大师兄江涛的通敌，直至最终查出了潜伏得更深、谁也没有想到的真正的“菊剑”——副书记梁超。
柳叶飞之前痴情的深爱着江涛，后来得知了江涛就是叛徒，并是杀害自己师傅的凶手，她由爱转很，但为了掩护自己，她按照组织要求，继续很痛苦得跟他谈恋爱，包括谈婚论嫁，博得他的信任。同时这种假象也让爱她的林少锋极为痛苦，而柳叶飞也不能挑明。最终她亲手血刃了这个叛徒。柳叶飞在被误解时期得到林少锋的多次救助，两人慢慢产生了感情，当两人得知各自分属不同的政治派别的真实身份后，彼此明知道不能也不允许与对方产生感情，但却无法控制自己，爱情甜蜜而又痛苦。(剧情频道 电视节目表)
