1937年，抗日战争全面爆发，南京失守，国民党政府迁往陪都重庆。但日本空军开始了惨绝人寰的“重庆大轰炸”，中国军民死伤无数。为了配合中国空军抗击日寇，重庆政府决定建立自己的密码情报机构：中国黑室。
中共党员陆涯（董勇饰）帮助国民党特工秦骜（刘小锋饰）从武汉日军手中抢夺出美国情报专家雅德利，共同到重庆谍报机构黑室工作。为了找出潜伏在黑室的内奸独臂大盗，黑室实施了钓鱼行动，因为只有陆涯生还，他被认定为内奸。为证明清白，陆涯逃亡，从种种迹象中找出可疑目标，实施美人计，最终找出了真正的独臂大盗……但峰回路转，重庆政府高层中还隐藏着更大的日奸，并酝酿着更大的阴谋……
