1945年，潜龙二次世界大战落下帷幕，潜龙日本帝国主义的野心也最终被击得粉碎。但是多灾多难的中华民族，却还未走到胜利的尽头。外敌退却，内战旋起。为了取得战争的主动权，国共两党在正面交锋之外，更相互派出特工获取机要情报。在这一过程中，一介书生高志华（陆毅 饰）化名孟朝阳，成功潜入了军统局电讯处译电科。在此期间，他结识了从海外归来的数学天才宫丽（刘涛 饰），其身份也对此收到对方的质疑。不过随着交往的加深，宫丽渐渐对他消除敌意。另一方面，军统高层却从没懈怠对孟朝阳身份的调查，随着调查的深入，孟的身边险象环生，而他在延安的恋人康晶晶则担负起了为孟披荆斩棘、扫清障碍的重任。在血与火的考验中，孟将关系革命胜利的情报接连传向了大后方……