抗战胜利前夕，潜伏在军统的中共地下党员欧孝安从日军生化毒气研究所监狱中成功越狱，途中受重伤昏迷，被中国远征军发现并救走。苏醒后的欧孝安发现自己丧失了在监狱近四年的记忆。欧孝安以四年前记忆的终点为起点，捡拾零星记忆，秘密调查并意图揭露日本间谍黎少堂的罪恶嘴脸。期间，他与中共地下党员覃莫卿从相互质疑、试探，到联手合作，找到了日军生化毒气研究所，抓获了日军情报司令长官大桥和野。抗战胜利后，国民党准备全盘接收日军生化毒气研究所遗留的“人、财、物”，为日后与中共作战作准备。欧孝安获悉了这个情报并粉碎了这个恶毒计划，同时揭露了黎少堂日本间谍的真面目，在中共地下党内代号为“孤星”的欧孝安终于回到了党组织的怀抱。
1945年缅甸腊戎拉卡山谷，雷雨交加的夜晚，日本兵正追着军统重庆特工欧孝安（黄景瑜饰）六人。他们穿着日本军服，逃跑过程中有人被枪射死，同伴受伤后将暗号9548布贴交给欧孝安，让他务必谨记。
中国远征军跟美国军队在山谷清剿日本兵，美国兵无意间踩到地雷，远征军帮忙切开鞋底用石头压住，美国兵松了口气，却不料遭到丛林日本兵埋伏，导致地雷爆炸。双方展开激烈枪战，日本兵将其引诱至地雷点，将事先埋好的地雷引爆，想跟远征军同归于尽。
中国远征军38师军医覃墨卿（辛芷蕾饰）等人闻讯赶来，见现场伤亡惨烈，赶紧救治伤员。她先帮中国战友包扎伤口，美国兵愤怒，认为他们应该先救美国人。双方引发口舌，美国兵拔枪指向中国兵，覃墨卿劝说其冷静。
突然不远处丛林传来声音，他们发现是一群缅甸女人。覃墨卿发现日本兵水壶，顺着缅甸女人的指向，他们发现昏迷的欧孝安。美国兵想要杀死欧孝安，以为他是日本兵，覃墨卿阻止，认为不该杀俘虏。美国兵担心被告上法庭就此作罢，覃墨卿也没管欧孝安，任由他躺在水塘边。
夜晚，美国兵因清剿缅甸日本基地庆祝，驻缅美国翻译官卡尔邀请覃墨卿喝酒跳舞。卡尔耍赖没有给覃墨卿盘尼西林，覃墨卿趁他没注意调换其钥匙，到仓库偷走盘尼西林，顺便将生化医疗档案拍照，被美国兵现场抓住。
远征军参谋杜国伦故意当着美国兵面批评她，私下质疑她的身份，问她在为谁工作，覃墨卿让他联系重庆，表明自己是重庆军统站的人。杜国伦冷笑，警告覃墨卿在38师守规矩，不会因为她是军统的人就为所欲为。
美军营地有美国兵发病死亡，医务室郑医生担心被美军责怪。覃墨卿发现死者全身红疹，卡尔闻讯赶来，指责郑医生医死美国兵。覃墨卿劝他冷静，认为此刻因先查死因，她怀疑美国兵感染病毒，想起昨晚的缅甸女人。卡尔突然犯病，全身起了红疹，却还嚷着要中方负责。覃墨卿将其隔离，并带人去找昨晚的缅甸女人。
他们赶去李婶家，发现女人已经死亡，得知她们喝了拉卡山谷的水，怀疑此水有毒。他们赶去找欧孝安，想从他那了解情况，看他还活着，覃墨卿擅自做主将其带回军营。发现他身上有日本人子弹。
杜国伦得知后，认为覃墨卿胡闹，覃墨卿提醒他不要忘了日本人的细菌战。欧孝安血液检查结果证实感染病毒，可他没有红疹反应。覃墨卿擅自抽血制血清，被郑医生拦住，她只好先将情报发给中共地下党来骏升，也将此发给军统文一山。
军统召集会议，军统重庆站代站长魏清明不满文一山越级上报，他认为当年大桥和野是他派人剿灭的，他让技术处冯毓年派人去缅甸跟进。故意当面强调，不许有人在背后搞小动作。会后，魏清明派毛仁兴盯紧覃墨卿，知道她是文一山的人。秘书处苗江认为落樱计划毒气弹威力巨大，应该尽快找出销毁。魏清明明示她，戴笠想着找出毒气弹对付中共地下党。
美国军营陆续有人感染，覃墨卿也被感染。她不得已再去找欧孝安抽血，发现他突然迷糊说话，得知他嘴里念叨着810，认出他是中国人。
中共秘密情报站罗裳旗袍店里，汪秋水（董璇饰）接待完顾客后闭店，怀疑大桥和野没死，他们安插的覃墨卿是代号叶草同志，根据她传回的信息，印证了日本远东计划的延续，他们打算抢先于军统找到日本生化基地。
大桥和野秘密进行生化实验，得知欧孝安被远征军所救，担心他泄漏810计划，要他们感受下810的威力。覃墨卿醒后发现症状消失，看毛仁兴被派来跟进，对他一脸嫌弃不想动搭理。她赶紧跟郑医生商量，建议立刻用欧孝安血液制作血清，可却发现欧孝安不见了。
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