一九三九年，北平。

占領北平已經兩年的日本鬼子此時正在籌劃一項罪惡陰謀，啟動代號為“1855”的行動計劃，企圖在北平建立一個秘密的細菌武器試驗基地，把罪惡的細菌戰由東北擴展到華北，由北平推向全中國。

道高一尺，魔高一丈。中共北平地下黨組織針對日本鬼子的罪惡計劃，立即啟動了代號為“夜來香”的行動計劃，揭露，阻止，粉碎日本鬼子的陰謀。

危急時刻，一名叛徒出賣了城南區地下黨組織，以聞達英為首的八名地下黨員被逮捕，慘遭日寇屠殺，并被曝尸示眾。地下黨員趙依娜(許晴 飾)目睹了這慘烈的一刻。

日寇北平特高課課長松井男一，一直要尋找一名叫“老刀”的地下黨員骨干，他命令叛徒賀家興繼續在地下黨組織中潛伏，要抓到“老刀”，確保“1855”計劃萬無一失。

地下黨員許馬(董勇 飾)奉命到郊外的塔廟去同地下黨員康力接頭，他的身影一直在賀家興的監視之中。當他攀上塔頂層，等待他的，卻是康力黑黝黝的槍口。

康力向許馬宣布了黨組織嚴懲叛徒的決定，并向許馬出示了他作為叛徒的證據——幾張許馬與偽警局局長黎世昌見面的照片。許馬竭力表明自己不是叛徒，說自己是叛徒的人才是真正的叛徒。此時的解釋似乎都是徒勞的，因為面前的康力只負責執行命令。

另一名地下黨員馬超突然出現在塔廟外，賀家興眼看自己就要敗露，急命日本特工山本上去干掉馬超。

許馬對康力表示，被動服從組織上的決定，希望抗戰勝利后，組織上要為自己澄清冤情恢復名譽，他按下了康力的槍口，說自己會從塔上跳下去，讓康力節省幾顆珍貴的子彈去打日本鬼子。康力疑惑了。

山本必欲置馬超于死地，刺傷了馬超，馬超以頑強的毅力，將山本刺傷后踢下了塔廟。

就在許馬剛要邁過塔廟欄桿的時候，馬超出現了，宣布許馬不是叛徒。

山本掙扎著來到賀家興面前，命令賀家興快送自己去醫院，而賀家興送山本的，是致命的一刀。

賀家興出現在走出塔廟的許馬康力面前，聲稱自己也是來救許馬的。

特高課課長辦公室內，秘書杏子熟練地工作著。松井等人走出辦公室，杏子立即關好門，把一柄拂塵放到窗臺外，打保險柜，從袖中掏出微型照相機，飛快地拍攝著“1855”行動計劃。

松井看到了那柄拂塵。女特工丸子向他報告，有地下黨特工在特高課內部活動。松井立即返回辦公室，看到的，是仍在埋頭工作的秘書杏子。

松井命令搜身，但從杏子身上并沒有發現武器。老奸巨滑的松井親自搜查杏子，從她袖口里，搜出了那臺微型照相機。

杏子推倒了松井，躍上窗臺，踢掉了拂塵，高喊了一聲“替我報仇”，飛身跳向樓外。就在這時，日本特工小野的槍響了，杏子當場壯烈犧牲。

前來接頭的趙依娜目睹了這個壯烈的時刻，隱身離開。

松井料定有來接頭的人就在附近，命令嚴密搜查。一輛小轎車開到路口，車上下來兩個目光堅定的人，兩只槍口對準了日寇，一連串子彈射向敵人。松井小野等人措手不及，急忙還擊。槍戰中，對方一人左臂中彈。轎車飛駛離去。

馬超被許馬送進醫院手術，兩名剛剛襲擊日寇的不速之客闖進手術室。許馬認出其中一人竟是自己黃埔同期同學沈嘯飛，老同學相見，百感交集。大夫急忙令護士為傷者尚良消毒。

小野認定剛剛負了槍傷的人會在醫院，率日兵到醫院搜查。許馬等人扮成醫護人員，在手術室里默默站立。小野未發現破綻，率眾離去。

沈嘯飛在國民政府地下情報站作站長，跟許馬相約，國共合作，互通有無。

趙依娜回到自己任家庭教師的三島公館。與三島的交談中，她牢牢記下了三島打開保險柜時的每一個步驟。

代號夜來香劇照

夜晚，地下黨書記龐賀年向許馬介紹了趙依娜，并向大家宣布了組織上的決定，啟動夜來香行動計劃，徹底粉碎日寇的1855。

趙依娜準備給三島的女兒良子上課，一直暗中追求三島的丸子突然出現在公館院內，槍口對準了趙依娜。趙依娜臨危不懼，自如應對丸子的盤問。丸子未發現破綻，只好眼看著趙依娜平靜離去。