1941年冬，中共地下党组织获悉日军即将启动"沉睡计划"，需立即唤醒代号"西湖三景"的三名地下党员予以阻止。杭州春光照相馆老板李木胜，代号"断桥"，从暗藏情报的胶卷中破译出指令：去上海开福来照相馆，等待"苏堤"。李木胜立即准备动身，结算工钱打发徒弟陈开来离开，却不料联络人陆小光行踪暴露，日军包围了照相馆。枪战爆发时，流弹意外击中了正在楼上的日本军官铃木，铃木当场毙命。李木胜被捕后，哼唱了一曲改词后的《空城计》暗藏暗号，随即撞向刀刃壮烈牺牲，人群中，陈开来目睹了一切。舞女金宝意外卷入命案，正准备跳窗逃走，却被一名神秘男子趁乱拦下，他夺走了铃木的公文包，里边装着有关"沉睡计划"的机密文件。陈开来破解李木胜唱词中的暗号，在河埠找到了他藏匿的笔记本与胶卷。次日，他与逃亡的金宝在火车站相遇，二人结伴同乘火车前往上海，途中陈开来因为一个侧颜，偷偷拍下了神秘女人苏门的照片，却被其保镖崔恩熙当场制止，带去问询，幸好苏门得知陈开来是名照相师后便没再为难。
火车抵达上海站，站台却突发刺杀行动，目标正是刚才陈开来偷拍的女人苏门，她竟是南京政府的特派督查专员。陈开来下意识出声提醒，崔恩熙与前来迎接苏门的76号官员赵前联手击退枪手，可无辜的陈开来却因那声提醒被当成嫌犯扣押，还好最终苏门出面解围方才被释放，可他的相机却在混乱中摔坏了。被捕的刺客还没等审讯便已身亡，苏门断定这是76号内部为阻挠贪腐调查设下的圈套。她雷厉风行地启动突击反腐行动，给76号主任李默群来了个下马威。彼时金宝带着陈开来去投奔仙浴来澡堂的老板娘杨小仙，陈开来暂时在此落脚，他借用暗房洗出李木胜的胶卷，确认师父的地下党身份，决定替他完成遗愿，开设福来照相馆等候接头。在金宝与杨小仙的资助下，照相馆顺利开张，登报后，一名自称沈克希的神秘女子果然上门，却因陈开来不知接头暗号，对接失败，沈克希警觉离开。
苏门顺着线索抓获在逃刺客，揪出幕后主使是76号后勤处处长俞应祥，此人不仅贪腐，还暗中将情报卖给军统牟利。苏门强逼李默群抓捕俞应祥，李默群表面应承，实则派苍广连去灭口，并取俞应祥手中的账本，意图掩盖真相。另一边，陈开来反复回想沈克希的问话，终于反应过来那是接头暗号，懊悔不已。杨小仙见他情绪不佳邀他去仙浴来澡堂泡澡，不料却遇上前来寻人的苍广连。苍广连认出澡堂的瞎眼三弦师傅杜黄桥，竟是自己在南京保卫战时的老上级，俩人有旧怨他怀恨在心，故意刁难让杜黄桥限时修表。可陈开来与杜黄桥竟也是旧识，当日他当战地记者时，杜黄桥于他有救命之恩，陈开来不忍杜黄桥遭难，施以援手，终于得以帮他在时限内修好表。此时澡堂内的俞应祥已遭灭口，苍广连顺势将杀人罪名栽赃给陈开来，将他押入76号大牢。苏门得知俞应祥已死，陈开来成了替罪羊，自然清楚这是李默群想草草了结贪腐案的手段。
狱中陈开来遭严刑逼供，苍广连逼他签下认罪书，定于次日行刑。金宝为救人，刻意接近苍广连的相好舞女莎莎，试图花钱疏通。陈开来命悬一线，行刑关头苏门突然现身阻止，她已经与李默群达成交易，不再深究俞应祥贪腐案，换取陈开来平安获释。劫后余生的陈开来，看着76号"天下为公"的牌匾只觉荒诞。赵前送陈开来回家途中问及真凶，陈开来思及当日经过，心中怀疑是杜黄桥用断弦勒死了俞应祥，可即便遭遇严刑逼供，他也始终没有出卖这位救命恩人。遭此变故，杜黄桥认下陈开来这位"兄弟"，主动提出教他立足上海滩的本领，可陈开来此时却一心只想等待沈克希的再次到来。沈克希终于登门，这一次陈开来顺利完成接头，将李木胜的笔记本与胶卷交给她，却被告知任务已结束，失落不已。随后苏门找上门，以生存为筹码，高薪聘请陈开来做自己的专属照相师，陈开来虽不愿为"汉奸"办事，却只能无奈应允。
日方医学博士星野抵沪，76号与梅机关为宣传"大东亚共荣"，即将在上海赛马场举办一场中日友谊赛，陈开来作为苏门的照相师随行拍摄。不料赛程途中高台上却惊现狙击手，子弹直奔星野而去，苏门挺身推挡手臂中弹。马场内多名杀手随即发难，陈开来不忍苏门受伤再次出声示警，混战中他也不幸负伤被送往医院。狙击手行动失败立即收枪逃窜，却在过程中不慎被追兵击中受伤。76号确认杀手出自军统飓风队，影佐震怒下令全面清剿上海军统势力。星野感念苏门救命之恩，二人关系拉近。赵前前往仙浴来澡堂，察觉老板娘杨小仙腿部受伤，对澡堂众人的身份渐生疑心。陈开来伤愈后出院，决定循着李木胜笔记本里信件的线索，在上海街头寻访。他发挥自己照相师的特长，按照信件描述一路拍照，却在凯司令咖啡馆遇到了同样来此寻找线索的沈克希。
陈开来向沈克希坦诚自己如今正在为苏门做事，主动提出可以帮忙打探情报。沈克希告诉他，与李木胜通信的人叫区洋，曾是星野的助手，掌握大量"沉睡计划"内情，如今下落不明，希望他借职务之便寻找区洋踪迹。不久后苏门带他出席星野的宴会，陈开来借机接近星野的助手石田，从其言行中察觉他对区洋的复杂情感，套出区洋在上海住所的地址。沈克希独自以慈济会义工身份登门，却在接触中发现接待她的"区洋"行迹异常，准备撤离时，76号特务已经围堵上来，枪战中她负伤逃跑，被抄近路的赵前追上，最终被苍广连抓捕。陈开来作为照相师被带往审讯室，目睹沈克希遭受刑讯，却无力相救。李默群自信满满地告诉苏门，自己很快就能拿到沈克希是共党的实证。
陈开来奋力想要营救沈克希，前往慈济会拍下沈克希的义工档案与施粥照片，试图证明她的清白。陈开来向金宝借钱想救沈克希，金宝不肯，告诫他76号认定的共党绝无花钱捞人的可能。影佐举办私人舞会，舞会上陈开来拿出证据恳求苏门救人，遭到苏门冷漠拒绝，陈开来失望离去。可次日，沈克希是"无辜义工"的消息便登上了报纸头条，民众堵住76号大门游行抗议。李默群下令严加逼供，沈克希不堪酷刑晕厥，苏门顺势提出将人送往仁济医院救治。地下党行动组早已乔装成医护人员待命，却不料一伙身份不明的人竟抢先一步制造医闹混乱，将沈克希从医院劫走。陈开来认出参与劫人的是仙浴来的修脚师傅丁阿旺，立马赶回澡堂，竟看见杜黄桥正在为沈克希处理伤口。杜黄桥坦言自己受某位高人指令执行营救，陈开来震惊不已，意识到这潭水远比他想象的更深。
李默群借沈克希被劫一事大做文章，指使苍广连指控苏门通共，证据是劫匪使用了苏门的汽车逃逸。苏门据理力争，立下三日内查清真相的军令状，否则自愿回南京受审。苏门与崔恩熙到医院排查，发现当班护士张晓芸形迹可疑，审问后得知她受青帮指使，为劫匪打开了诊室连通门，且劫匪中有人左手小指残缺。赵前由此怀疑到丁阿旺头上，二人决定分头调查，赵前追查仙浴来，苏门继续调查青帮。赵前夜探仙浴来，确认丁阿旺小指残缺，还撞见陈开来给沈克希送吃食，断定沈克希此刻就藏在澡堂内。另一边，军统的行动也在暗中进行，幸枝子卖给陶大春一条重要情报，有关"沉睡计划"研究所的地址，陶大春约定三天后在仙浴来与军统十二分部头目碰头，部署渗透计划。
沈克希从赵前与陈开来的对话中听到专属暗语，又在报纸上看到组织的寻人启事，知晓接头时间与地点。她怀疑杜黄桥的身份，假意配合，同意通过秘密交通线前往延安，再借此寻找机会逃走。当晚沈克希按照杜黄桥的安排离开，熟料接应她的人竟是76号特务。途中沈克希借机逃跑却被追上，命悬一线。苏门从青帮混混口中审出，劫走沈克希的主谋正是76号的"清道夫"，当面拆穿李默群栽赃陷害的阴谋。李默群转而透露，军统十二分站即将在仙浴来集结，正是一网打尽的良机。此刻仙浴来澡堂内，军统人员陆续到齐，杜黄桥弹完一曲三弦，埋伏的76号特务随即开火，军统成员死伤惨重，杨小仙也倒在血泊中。陈开来与金宝赶到时，只看到一具具尸体被抬出。杜黄桥不再伪装盲眼瘸腿，以76号功臣的身份现身，陈开来终于得知他的真实面目，失望透顶。
陈开来回到一片狼藉的仙浴来澡堂，质问杜黄桥为何沦为汉奸，杜黄桥只称"先救自己，再救国家"。李默群为杜黄桥举办归队仪式，他因剿灭军统十二分站立下大功，深得器重。杜黄桥邀请陈开来参加庆功舞会，陈开来为打探沈克希生死决定赴约。他找到苏门询问沈克希下落，苏门笃定地告诉他沈克希已死，劝他不要再牵扯此事。陈开来心灰意冷，认定是自己轻信杜黄桥才害了沈克希。李默群告知杜黄桥，现场只找到两具焦尸，沈克希大概率还活着，他怀疑76号内部有内鬼。杜黄桥疑心赵前，被李默群否决，同时任命他为直属行动大队队长。陈开来与金宝去墓地祭奠杨小仙，杜黄桥提出要带陈开来进76号，被陈开来拒绝。随后陈开来收到报纸上的寻人启事，认出是沈克希的接头暗号，按地址找到棚户区，终于与沈克希重逢，他这才得知是一位神秘人及时赶到救下了沈克希。
陈开来郑重提出想接替李木胜，成为新一任"断桥"。沈克希与那位神秘联系人早已上报组织，上级批准他的申请，新的"西湖三景"至此正式聚齐。二人希望陈开来接受杜黄桥的邀请，打入76号内部，打探"沉睡计划"与区洋的消息。此时杜黄桥正设计将金宝抓进76号，以此胁迫陈开来妥协。陈开来假意推脱后顺势答应，顺利进入76号。另一边，李默群为敛财频繁将矛头对准上海的商人，一直追求金宝的冯少的父亲被76号扣上军统罪名，家中火柴厂被李默群借机吞并。舞厅内突发枪响，正在跳舞的幸枝子仓皇逃往后巷，却被陶大春堵在巷口。原来，幸枝子透露给陶大春的那条假情报，正是出自杜黄桥授意，她背叛了军统。金宝突然现身，持刀抵住幸枝子脖颈。陈开来赶到时，看到血泊中的幸枝子，他对金宝的身份产生了怀疑。
暗房内，陈开来戳破金宝的身份疑点，她能精准说出罕见的卡簧枪型号，绝非普通舞女。金宝坦然承认，自己真正的身份是军统"财神"，当初在杭州时，铃木之死、携文件脱身全在她计划之中，唯有与陈开来同行去上海是意外。神秘联系人给陈开来布置新任务，让他借星野女儿生日宴的机会，接近石田获取区洋下落。宴会上陈开来得知石田即将辞职回国，便以送照片与饯行礼为由，约石田见面。石田醉酒后吐露心声，是因为他背叛了区洋，才导致她被梅机关抓捕。陈开来终于得知区洋下落，她被关在福民医院，可他并不知道，此刻金宝正躲在暗处，军统也盯上了石田。沈克希接到新指令，乔装潜入福民医院探查。
沈克希成功进入福民医院，见到了区洋，可区洋却精神恍惚，神色疯癫。她不断用李木胜的消息试探，区洋终于放下伪装，她并未真正患病，伪装不过为了保命。陶大春截住了已经登船的石田，将他秘密关押，逼问区洋下落，石田却怎么也不肯吐露，无奈之下，金宝找到陈开来，希望借他之手撬开石田的嘴。石田失踪的消息很快传入76号人的耳中，杜黄桥奉命调查，前往福田医院，危机关头，区洋出手帮沈克希遮掩过去，她确认了李木胜的死讯，悲痛之下决定跟随沈克希离开，完成李木胜的遗志。被军统关押的石田死心已决，他向陈开来吐露是因为自己的背叛导致区洋被梅机关抓捕，金宝利用石田的愧疚心理，从他口中得知区洋被关在福民医院。陈开来想将军统获悉区洋下落的消息递出，却被金宝强行困在照相馆中。
杜黄桥从线人处得到军统联络点情报，强行拉上赵前一同前去抓捕。赵前本应去接应区洋转移，却无奈只能随行。此时陶大春已伪装成梅机关人员进入医院，顺利接走"区洋"。杜黄桥赶到医院正要追上陶大春，车子却被人撞了，等他脱困时陶大春早已逃之夭夭。军统计划看似成功，可陶大春不知道的是后座的"区洋"是沈克希假扮的，真正的区洋早已被崔恩熙接走，这一切都是苏门暗中布局。沈克希被带到军统码头的船上，金宝早已等候在此，一眼就识破了她的伪装。二人对峙之际，杜黄桥通过套话锁定了码头地址，带队围捕而来。危急时刻苏门登船，向金宝透露自己的隐秘身份，告知杜黄桥已经在赶来路上，催促金宝跳船撤离。金宝虽未完全信任苏门，可为保命只能先行离去，苏门这才得以将沈克希安全带走。
