一九三七年八月十三日，卢沟桥事变爆发后，上海局势日趋紧张，战火即将点燃。在“八·一三”事变前夕，日军驻华间谍机构秘密下达刺杀蒋介石的命令。彼时日方间谍活动频繁，遍布各处。国民政府国防部中校参谋、同时身为中共地下党员的欧阳剑平(刘琳 饰)（刘琳 饰），遵照地下党组织领导人冯先生的安排，暗中召集四位具备特殊才能的年轻志士，组建了名为“五号”的特工小组。成员包括：原国民政府驻东京领事馆武官、特工人员马云飞(于震 饰)（于震 饰）；毕业于德国慕尼黑通讯学院的访问学者、专精密码解读的高寒(王丽坤 饰)（王丽坤 饰）；来自英国考文垂的工程师、爆破技术专家李智博(施京明 饰)（施京明 饰）；以及从监狱中选拔而出、拥有飞行员背景且被称作“神偷”的何坚(淳于珊珊 饰)（淳于珊珊 饰）。欧阳剑平本人则是语言能力出众、经验丰富的特工，兼具机智与谋略。这五位成员历经曲折抵达上海，随后进入法租界安置。他们以“上流社会人士”作为公开掩护身份，在危机四伏的上海开展行动。在此期间，他们遭遇了强劲的对手——当时与川岛芳子齐名的日本女间谍南造运子，以及日军宪兵司令部下属的间谍机关特高课、汪伪政权特工组织“七十六号”，还有日本特高课课长酒井美惠子(原华 饰)（原华 饰），后者是日本特务总机关长土肥原贤二的门生。由于当时处于国共第二次合作时期，五号特工组不仅与中共地下组织保持联系，同时也和国民党特工部门进行协作。这条战线虽不可见，却始终充满危险与较量：他们先后阻止日本间谍暗杀蒋介石的阴谋，成功击毙被称为“帝国之花”的南造云子；揭露南京大屠杀的真实情况，协助营救流亡的犹太籍原子能专家；向新四军组织输送医疗药品，查明叛徒身份并护送延安特派员抵达江南游击区；秘密获取日军“长沙会战”的最高级别机密，挫败日本特务破坏衢州机场的爆破计划。在上海这座战时“孤岛”上，一系列充满风险、紧张激烈、关乎生死存亡的事件接连发生。