1948年初冬的北平，守城的国民党108师副师长田子恩接到密命，在北平主要的名胜古迹附近全部开掘出地道或暗室，并提前埋装炸药。北平一旦失守，同时引爆。……到时候，共产党接收的将是一座死城。
仁济医院的护士林倩如在上夜班路上被一群流氓堵截，关键时刻被一名青年周伯勋搭救，林倩如在和周伯勋的交往中对他产生了好感，但周伯勋的行踪却显得十分神秘。
林倩如的表弟焦志新是个学建筑的大学毕业生，他在老师李正亭的带领下被关在国民党宪兵队严格看管的小楼内，正在日夜赶制有关北平的文物建筑图纸，据说为了战争一旦爆发可以实施对北平重点文物的保护。但李正亭突然从北平地下党负责人章少川处得知了敌人是以保护文物为名，实际上准备爆破北平历史名胜古迹的阴谋，他决心将所有绘制的图纸藏起来。李正亭教授为了保护图纸不幸受伤被捕牺牲，李正亭在牺牲前将图纸交给焦志新，焦志新同时遭到追捕躲进表姐林倩如的医院里，没想到负责追捕的正是周伯勋，原来他是国民党108师的副官。
焦志新在危急中将图纸埋在郊区河边，他把这一秘密告诉了李正亭教授的好友，古建筑专家苏云轩。焦志新在离开苏云轩家后刚跑出不远，明晃的车灯照着他的眼睛，一排宪兵站立在他面前，周伯勋坐在宪兵队吉普车内冷冷地盯着焦志新。两人默默对视。
焦志新和一群政治犯被押上了刑场，副官周伯勋带队执行枪决。周伯勋毫不犹豫地举枪瞄准焦志新一枪将他击毙，焦志新裁入大坑内，随着一阵阵枪声，十几名政治犯纷纷倒下……。
林倩如因为受焦志新一案牵连被关进了看守所，周伯勋出面把林倩如保释出来，林倩如在回家的路上从报上看见焦志新等共产党员被处决的消息当场昏倒在马路上，等她醒来的时候发现周伯勋坐在她的床前关心地看着他。
当夜下起了瓢泼大雨，奄奄一息的焦志新从昏迷中被雨水浇醒，原来敌人的子弹稍稍射偏了一点，他又第一个倒下，其他人的尸体压在他身上，所以敌人补射时他也侥幸躲过了。焦志新咬着牙一步步从坑里爬出去……。
苏云轩的大女儿苏小雅在母亲秀子的陪同下突然回国。苏云轩早年是个日本留学生，学习建筑设计，并娶了个日本妻子秀子，抗战开始后他带着小女儿苏小枫回国，回国后苏云轩成立了一个建筑设计公司，主要致力于对古建筑的修缮。大女儿留在日本继续上学，因为战争的原因，妻子秀子也留在日本没有随他回国。苏小雅根据父亲的要求在大学学的也是建筑系，苏云轩希望她将来能接自己的班。苏云轩的小女儿苏小枫酷爱音乐，是个钢琴演奏家。苏小雅和苏小枫姐妹俩的个性反差极大，姐姐泼辣热情，妹妹温柔顺和。
焦志新在好心的农民护理下终于死里逃生又活了过来，焦志新醒来后第一件事情是去寻找他埋放的图纸，但图纸已经不在了，他冒着危险找到苏云轩寻问图纸下落，苏云轩却告诉他，他从来没去取过图纸。
焦志新一直热恋着表姐林倩如，他在被捕前发现林倩如爱上了追杀并亲手执行枪毙自己的仇人周伯勋，他既感到痛苦又感到愤怒，他决心报仇。他终于打听到周伯勋要去参加一次在东交民巷举行的社交活动，他决定下手，当周伯勋在巷口下车朝里走来时，焦志新突然从电线杆背后闪出，用准备好的尖刀朝周伯勋的后背猛刺过去，周伯勋似乎感觉到有人，身子一闪刀子扎进后背，周伯勋在转身同时拔出枪对准焦志新，焦志新已经来不及拔枪，周伯勋用枪顶着焦志新的脑袋。两人对视——。四周响起一片警笛声。
焦志新被警察前堵后追难以脱身，情急之中他翻墙滚入了一个后花园里。美国大使馆正在那里举办酒会，秀子和苏小雅也来参加社交活动，苏小雅吃惊地看到焦志新一瘸一拐地沿着走廊奔过来。身后传来追赶的声音，苏小雅一把拽住他将他推入一间小屋内。在苏小雅的掩护下，焦志新顺利逃脱了警察的追捕。
焦志新的行为受到章少川的严厉批评，地下党负责人章少川批评他的刺杀行动差点给
地下组织造成巨大的损失，果然，第二天全城戒严进行大搜捕，章少川安排交通员连夜将焦志新送往解放区参加华北野战军。
林倩如得知周伯勋被刺的消息后赶到医院并精心护理他，当周伯勋伤愈后，改名冯秉堃并决定离开国民党军队。林倩如决定嫁给已经改名换姓的冯秉堃。
不知为什么苏云轩和秀子的关系变得越来越紧张，一天，两人之间终于爆发了激烈的争吵，北平解放前夕，秀子决定离开北平独自回日本，但她乘飞机到上海准备坐船回国时，轮船在吴淞口外发生事故，船沉入大海中，船上所有人都遇难了。苏小雅得知消息后赶到上海，在遇难者名单中见到了母亲的名字。
苏云轩没想到秀子竟会遭遇海难也感到十分意外，苏小雅大骂父亲太狠心把母亲赶走，连苏小枫也觉得父亲对母亲太冷淡。因为秀子是意外死亡，因此葬礼并没有更多的人参加，甚至连秀子家都没有来人，除了苏云轩和他的两个女儿外，只有苏云轩的美国朋友马约翰神父参加了葬礼。
1950年，北平已经和平解放。公安部决定从全国部队抽调一批骨干充实干部队伍，担任华北军区某部侦察参谋的焦志新接到命令去北京市公安局侦查处报到，
焦志新回到北京立即去公安局报到，原来章少川当上了北京市公安局副局长，他告诉焦志新北京和平解放，因此留下了大量残余敌特，既有国民党军官、宪兵、特务也有外国间谍，为了保卫新生的红色政权，保卫首都的安全，除奸反特的任务十分艰巨。
焦志新回北京后到处寻找林倩如，但原先林倩如居住的小楼已经拆除改建。一天，焦志新在在穿行街道的人群中有一张熟悉的脸，他一下子认出是周伯勋。虽然他改了发型并戴上了眼镜但焦志新仍然认出了他。焦志新急忙回身穿过马路去追，却发现周伯勋已经消失在人群中了。焦志新回来后找到章少川报告此事，章少川却告诉他肯定是看花眼了，周伯勋两年前被他刺伤后，伤口感染不治而死，当时还见了报纸。焦志新却将信将疑。他特意去查了当年的报纸，果然查到108师稽查处长周伯勋遇刺身亡的消息。
冯秉堃在北平解放后的行踪显得愈加神秘，有一次他突然离家失踪了好几天，林倩如十分着急，听医院的同事说最近社会上出现绑架事件，林倩如决定去公安局报案，没想到她在公安局的院子里竟意外遇到了焦志新。她才知道焦志新没有被打死又当上了公安干部。
当焦志新得知林倩如已经结婚时虽然感到意外和痛苦，但他丝毫没有责怪林倩如，因为他当时已经“牺牲”，林倩如还为了他而遭受了不少惊吓。但当焦志新发现林倩如丈夫是周伯勋时十分吃惊。焦志新不得不告诉林倩如当年负责抓捕并开枪将自己枪决的凶手就是周伯勋。林倩如根本不信，她认为焦志新肯定是认错人了。
但不久以后，林倩如在整理冯秉堃的衣服时无意中在冯的大衣口袋里发现了一张从香港到广州的车票林倩如一下愣住了。接着她又发现了冯秉堃在购买的医疗器械中夹杂着电台的零件，尤其她发现冯秉堃经常神秘外出，并用显影药水偷看信件……
林倩如经过激烈的思想斗争决定去公安局找焦志新，焦志新正在开会，专案组长刘祥春安排郑贤治出面接待林倩如。但郑贤治恰好是打入我公安局内部的特务(代号“黑蛇”)。郑贤治认为林倩如因为太紧张产生了幻觉。焦志新得知林倩如对冯秉堃产生怀疑后，更加坚定了自己的判断，他几次想约林倩如以证实冯秉堃就是周伯勋。特务组织知道林倩如向公安局举报冯秉堃以后，命令冯秉堃立即用毒药将林倩如毒死。
冯秉堃想采用别的方式将林倩如送到外地去，但特务组织头子侯天柱告诉他，这是考验他是否对党国忠诚，冯秉堃终于决定执行命令。林倩如的突然死亡使焦志新与冯秉堃的关系更加紧张，两人都认为是对方逼死了林倩如。
燕京大学教授史庄生和苏云轩是世交，史庄生的儿子史仲良现就在苏云轩公司担任总经理助理，他热恋上了苏小雅，苏小雅在偶然的一次机会重逢了当年曾救过的焦志新，苏小雅自从见到焦志新以后，对史仲良的态度却变得若即若离。焦志新在与苏小雅多次接触后对她也产生了好感，但因为史仲良与苏小雅订婚在先，因此坚持要将女儿嫁给史仲良。尤其当他得知苏小雅爱上的是个公安人员，并认出焦志新之后，更坚决反对女儿与焦志新继续来往。
未料，史仲良在结婚前突然失踪，同时还丢失了一台收发报机。几天后，史仲良的尸体在教堂附近的小树林中发现。史仲良是个天主教徒，在结婚前一天曾去教堂祈祷，因此神父马约翰成了主要嫌疑犯。但苏云轩却出面保了马约翰认为他不可能是凶手。
北京市区内发现了敌人的电台，根据截获的电报破译：敌人将在国庆节期间实施代号为“黑蟒行动”的爆炸计划，以达到破坏和造成政治影响的目的。但具体计划内容和爆炸地点至今毫无消息。眼看离开国庆节只剩二十来天时间，公安部下达了限期破案，务必将敌人全部捉拿归案的命令。
苏小枫的男朋友杨铁君是个无线电专家，他能过自己研制的信号跟踪仪发现了可疑电波，但他追踪时却被人打昏，他醒来发现自己被绑在一间小屋里，而进来审讯他的竟是苏小雅。
原来苏小雅的母亲秀子一家都是日本的极右分子，抗战爆发后秀子一家都积极鼓吹大东亚共荣圈，并逼着苏云轩表态支持日本侵华。苏云轩才下决心离开日本回国，本来他想把两个女儿都带走，但秀子家不同意，他只好先带着小枫回国。苏小雅从小受母亲的影响，最后加入了日本的间谍组织。两年前秀子带着小雅回来，秀子的主要任务就是为了动员苏云轩参加日本的间谍组织，并给他送来了委任状，但苏云轩坚决拒绝参加任何特务组织，所以夫妻关系变得十分紧张。秀子临死前就是为这件事和他大吵一架，觉得没有完成任务无法回去交差，才下决心自杀，同时用这种方式向他表示抗议。秀子死后苏小雅为了继承母亲的事业死心塌地的成了一名特务。
史仲良就是因为发现了苏小雅的特务行动很难过，苏小雅答应跟他去教堂忏悔，在路上将他杀害后埋在教堂树林里的。
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