故事发生在1948年，特别调查局要员俞北平（陈建斌饰）被上级调往青城，奉命调查发生在那里的命案，可实际上，俞北平的真实身份正遭到上级的调查和怀疑，他时时刻刻都处于危险之中。在青城，俞北平遇见了名为林莎（齐溪饰）的女子，身为美军中尉的她，其真实身份其实是俞北平失散多年的女儿。 俞北平还有一个小女儿名为徐丹妮（朱颜曼滋饰），此时正在青城上大学的她被卷入了和已婚大学教授的不伦之恋之中无法自拔，与此同时，她和父亲之间的关系亦因为俞北平特殊的身份而陷入了僵局之中。俞北平一边要顺利完成上级交代的任务，一边要和狡猾阴险的敌人周旋，一边还要承受来自至亲的不解和误会，他陷入了苦战之中。
1948年春，国民党情报机构发现中共活动踪迹，南京国防部二厅郑翊处长一路追查，锁定道济银行董事长张瀚民。危急关头，张瀚民为掩护深度潜伏的同志俞北平自杀。俞北平的公开身份是南京国防部二厅军事技术处处长，
徐文正的副官田昱告诉俞北平清城防务方案的与会人员共有五人，分别是清城特调局副主任蒋维民，情报处主任程忠义，技术部长张炳坤，行政处秘书舒晓梅以及办公室主任秘书范自强，而约翰少校的行程只有他们五人知道，他
郑翊驱车赶往清城调查俞北平，徐文正在窗口目送她离开。随后，他跟田昱商讨约翰案一事，并表明党国目前的首要之事便是让比基尼计划顺利进行。与此同时，在俞北平处所，徐咏仪借口去泡茶，留下俞北平同徐丹妮单独相处
吴昆才向郑翊讨要监控俞北平的理由，害怕得罪徐文正。郑翊告诉吴昆才怀疑俞北平的线索，吴昆才表面允诺，心里依然觉得是高层的内斗。“约翰案”随着舞女赵冰冰的出现有了重大突破。有证据表明，蒋维民伙同赵冰冰里应
甄别蒋维民身份陷入困顿之时，俞北平的女儿徐丹妮再出状况。俞北平惊讶地发现，女儿竟将共产党员曹旭东藏匿在家中。俞北平震怒，父女俩剑拔弩张，徐丹妮不惜以死相逼，俞北平不得不让步，冒险保护曹旭东。徐丹妮为何
俞北平为修复和徐丹妮的父女关系，可谓尽心尽力。徐丹妮学校要举行合唱比赛，徐丹妮作为音乐系学生被选为伴奏者。俞北平便在学校排练期间，看徐丹妮练琴。随后，两人一起看电影，俞北平买了徐丹妮小时候最爱吃的牛轧