《面具》以中共在哈尔滨解放初期的反特行动为时代背景。1948年腊月初一，在哈尔滨潜伏十年的军统特务李春秋（祖峰 饰）突然被唤醒，要求执行“黑虎计划”。李春秋十年的平静生活被彻底打乱，关于信仰的抉择、家庭的责任、情感的归属，极限境遇加之一身，经过一系列惊心动魄的斗智斗勇， 他最终看清了国民党特务机关的血腥残酷，在共产党人的感召下弃暗投明，实现了信仰从忐忑到觉醒的蜕变。
一九四八年的农历腊月，刚刚解放的哈尔滨鱼龙混杂，国民党残余势力蠢蠢欲动。这个历经艰辛迎来新生的城市正接受着前所未有的考验。
李春秋是哈尔滨特别市公安局法医科科长，非常善于侦查解剖，尸体在他的手上往往可以说话。不过法医只是李春秋的表面身份，其实他是国民党潜入在人民政府多年的一名特务，不过他已经十年没有执行任务了。在这里他像常人一样娶妻生子，过着正常人的生活。然而终于有一天，自己所在的国民党组织保密局突然想办法联系了李春秋，约他在十二点十六分在鼎丰酒楼见面。
李春秋怀着忐忑的心情见到了和他接头的女特务尹秋萍，尹秋萍带来了上峰命令，要李春秋安排好家人，制造一场假死，然后潜入北平去杀一个故人。国民党保密局将这个计划命名为“黑虎计划”。这个计划李春秋还有一个搭档，曾经十年前救过李春秋一命的孟令喜，和李春秋一样，孟令喜也过上了安逸的生活，不愿再去过以前的那种生活。孟令喜为了逃脱命运甚至对李春秋动了杀机，可是这是命，他们只能认。李春秋很懂孟令喜的心情，他也很无奈，他现在唯一能做的就是尽快安顿好自己的家人。
李春秋从学校提前接走了儿子李唐，并约了妻子姚兰来餐厅给儿子补过生日。李春秋很明白，此一别也许就再也见不到妻儿了。李春秋的妻子姚兰是市第一医院里的一名护士长，姚兰人美心善，对工作更是极其的负责。用餐的时候，细心的姚兰发现李春秋的结婚戒指不见了，李春秋这才回忆到应该是落在了尹秋萍那里，不过这些话他当然不会跟姚兰讲了。
吃过饭后，姚兰去医院加班了，而李春秋把儿子带回家，在门口父子俩发现邻居家的女儿丁美兮堵在在家门口，于是李春秋就把美兮带回了自己家。美兮的父亲是公安局治安科副科长丁战国，丁战国一个人带女儿，因为他经常加班加点地工作，所以李春秋两口子经常帮忙照顾美兮，美兮和李唐也成为了好朋友。
就在临出发时，李春秋突然接到黑虎计划的策划人的电话，通知他司机病了，出发时间推迟到二十九天后的除夕夜。这个神秘的电话李春秋就睡不着了，为何计划临时推迟和那个神秘的幕后策划者，让李春秋感到非常不安。李春秋有一种感觉，那个幕后人好像就在身边盯着自己。同样忐忑不安的还有孟令喜，以防事情有变，他打算将妻子春儿提前送走。
第二天突然出现了一件意外，尹秋萍在家被人袭击重伤，被送去了医院抢救。丁战国亲自带队去勘察了尹秋萍被害的现场，在案发现场丁战国发现了很多不寻常的现象非常值的怀疑。在跟高局长做了汇报以后，丁战国被调到侦查科，专门调查此案，很快尹秋萍是国民党特务的身份被证实了。而在医院里，作为法医的李春秋给尹秋萍做了检查，喉管被击裂，头也被击破，深度昏迷。。李春秋发现丁战国已经调查到他和尹秋萍结过头的酒楼，担心自己会暴露。为了自保，李春秋打算干掉唯一接触过他和尹秋萍的酒店伙计。可就在李春秋去酒楼准备刺杀伙计的时候，酒楼突然发生了爆炸，那个小伙计被炸死了。
丁战国紧接着又调查起了酒楼爆炸事件，经过排查公安局抓来了一个叫高启的嫌疑人，经过丁战国的一番攻略，这个高启的特务身份也最终暴露了。丁战国很快把高启策反了，适时地把高启放回去做自己的卧底。而在离哈尔滨最近的国民党保密局长春站，站长向庆寿带着一众亲信开会。公安局里有国民党的特务，同样在保密局也有共产党的卧底。这场争斗俨然变成了一场无间道。
医生已把尹秋萍抢救了过来，没有了生命危险，只是能说话还需要些时日。而高启没有辜负丁战国的希望，回去后就打电话传来情报，他告诉丁战国国民党特务又准备在医院里制造更大的爆炸。丁战国听完后，脸色十分凝重。
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