1950年，台湾国民党保密局，毛人凤下令：第三次世界大战就要爆发了，为了配合美军在韩的军事部暑，上峰命令，立刻在大陆启动代号为惊蛰的特别行动，任命保密局王牌特工代号为“二叔”的担任此次行动的总指挥。为此，特别空降行动组，配合完成惊蛰行动。空降的特务在棋盘山刚一落地，就被当地的解放军发现，击毙三人，另有二人侥幸逃脱，可能潜入了春城。
春城市公安局侦察科科长陆恺正和电厂会长崔熙正谈话，看见两个形迹可疑的电工装束的人从电厂配电间出来，正欲上前询问，不料他们掏出手枪向陆恺和电厂崔会长射击。陆恺眼疾手快，闪躲一边，掏枪击毙一人，另一人逃走。市公安局周局长问陆恺电厂当时的情况，陆恺回答可能是那两个逃走的特务所为，周局长命令一定要抓到那个已逃走的敌特。经查，光明电料行确实有两名电工去电厂，但在半路被人杀害调了包，陆恺命令虎子马上布控这个光明电料行。
李厅长来到春城市公安局，通报国民党当局派遣特务对我新生政权进行破坏行动，行动代号“惊蛰”。根据上级要求，决定成立专案组，专案组全称“六二五专案”。周局长宣布专案组由他任组长，王副局长、陆恺、刘宁任副组长。周局长布置了当前的首要任务，就是要尽快地查清那个代号叫“二叔”的敌特总指挥。留用在公安局的管理员曹创接到密信，要他今晚六点135.8赫兹发的一封家书，务必前来接收，老家表哥。内容是：今夜子时来城郊公墓一叙，有要事相商。曹创按指令来到墓地，一个戴脸谱的女人对他说，“二叔”命令你立刻回归保密局，每月活动经费30块，这次的任务是去对黑龙山的地形进行测绘。
公安局截获敌特密电码：“1100”，公安局暂时无法破译，周局长和陆恺推测，敌特可能是针对电厂恢复供电的表彰大会有所行动。但表彰会直到结束，敌特也没什么动静，陆恺突然明白，这是敌特玩弄的声东击西把戏，他们真正的目标是崔熙正会长。陆恺拦住正在忙碌崔会长的外甥女张倩倩，问崔会长在哪，張倩倩回答去公安局了。陆恺开车从庆功会场急忙返回公安局，路上遭遇跳伞逃跑潜入春城的敌特“毒龙”的伏击，汽车被打坏，虎子去电话亭打电话，刚拔号感觉不妙，立即跑出电话亭，电话亭就发生爆炸。陆恺弃车跨上一辆路旁停放的自行车，从小巷抄近路拦住了崔会长的小车，崔会长见此下车正要询问情况，轿车也突然爆炸，陆恺扑倒崔会长，陆恺受伤，崔会长无恙逃过一劫。
陆恺受伤住院，老家的未婚妻红姑突然来春城找他，他对红姑的记忆有些模糊，现在的红姑言行举止让陆恺很难堪。陆恺和张倩倩的关系密切，这是谁都知道的事。张倩倩在公园突然被人枪杀，所有的人证物证都指向陆恺，周局长下令逮捕陆恺并关进监狱。原来这敌特的反间计所至，他们要清除陆恺这个妨碍他们实施惊蛰计划的钉子，“二叔”收到毛人凤的指示，要她立即除掉陆恺。“二叔”因被張倩倩认出，她害怕自己被暴露而枪杀了张倩倩，并精心设计栽赃陷害陆恺，企图借共产党之手来除掉他。侦察员周雨寒发现了此案诸多疑点，她认为陆恺可能是被人陷害的，杀害张倩倩的凶手红姑的嫌疑最大。
毒龙接到命令要救出日本战俘山口俊一，除掉被关在监狱的陆恺。他派癞巴脸混入监狱。癞巴脸带领几个手下围攻欲置陆恺于死地，被身手不凡的陆恺打死了几个。毒龙趁乱救出山口俊一，岂料他们在逃跑的路上又被黑衣人崔圣文劫走。监狱接连出事，周局长命令刘宁把陆恺和癞巴脸押往省城监狱，囚车在半路遭不明身份武装分子袭击，趁刘宁和押解人员和袭击囚车的人对抗时，陆恺和癞巴脸跳下囚车逃之夭夭。其实，陆恺是被忠义兄弟会的人抓走，崔圣文发现正是自己的大哥大喜，两相见谈了各自分别后的经历。还有那个曹创，解放前三人以兄弟相称。其中陆恺和曹创是组织上安排他们打入国民党特务内部的地下党，崔圣文原来是保密局沈阳站站长，他是崔会长的儿子。
陆恺劝崔圣文回归光明，崔圣文的顾虑没消除没答应他。他了解陆恺，因为他俩明争暗斗了六年。毒龙早在陆恺来之前就投靠了崔圣文，见到陆恺就欲置他于死地，好在有崔圣文拦着才没有得逞，毒龙没法只得弃崔圣文而去。崔圣文带陆恺去见山口俊一，这个人是他从保密局手里抢过来的，说他还有个女儿叫山口惠子，现不知在何处。后来从一个知情人口中得知，有一个日本女人是特高课代号叫“麻雀”的，她很早就打入了国军内部。他要通过山口俊一找到这个“麻雀”。因为有一次他奉命执行闪电行动，去偷取日本进行活体试验的证据，并解救作为活体实验的战俘，仼务失败，就是这个“麻雀”告的密。他要找到这个“麻雀”，为被杀害的吴天祥以及十几个兄弟报仇。毒龙离开兄弟会后，他带特务袭击崔圣文的忠义兄弟会，崔圣文在陆恺的帮助下冲出包围圈，他手下的兄弟伤亡惨重。
周雨寒奉命去战俘营调查山口俊一，没想到山口俊一的档案被人做了手脚非常的简单。山口俊一的照片经过战俘营中日军川岛清辩认和交待，确认山口俊一是日本关东军第七三一部队一部的部长，医学愽士少将军衔，负责对多种细菌和病毒进行研究和实验。这些细菌武器包含鼠疫、霍乱、炭疽病、伤寒和肺结核病菌的各种类型的炸弹，并进行惨无人道的活体实验，七三一部队制造了数十吨细菌武器。为了保证战时所需，这些细菌武器存放在东北许多地方，知道的人很少，山口俊一去执行了这项秘密任务。山口俊一有个女儿叫山口惠子，是特高课的特工。周雨寒乘坐的客车在大王庄遭袭，她下车寻找线索时落入陷阱被敌特俘获，敌特显然是冲着周雨寒调查两个日本战犯的口供的秘密而采取的行动。周雨寒的工作日记本被特务拿走，幸亏周雨寒的记录用的是特殊密码，只有她本人才能看懂。周局长得知后，派人通知陆恺火速返回来解救周雨寒。
陆恺叫人通知电讯科，打开电台干扰信号，迫使敌特用人工联系的方式进行联络，只要盯住光明电料行的邱拂尘，控制住要跟她联系的人，我们顺藤摸瓜就能找到周雨寒。此招果然凑效，陆恺很快从抓捕的敌特口中找到了周雨寒，把她给救了出来。在陆恺的反复劝说下，崔圣文决定向政府自首并交出山口俊一。敌特一次又一次针对周雨寒的暗杀，说明周雨寒带回的情报与惊蛰行动有密切的关联，公安局决定并案侦查。
马掌柜见到曹创，曹创对他说自己是蒋委员长亲自任命的军事恃派员，东北地区反共游击队总指挥。他出示一份委任状给马掌柜过目后，直呼真实姓名王建忠，这下马掌柜彻底信服了。曹创说国防部对“二叔”警告，说惊蛰行动进展缓慢，国防部对此大为恼火，如果计划继续受阻，你们这些人最终将被视为垃圾被清除。王建忠赶紧向“二叔”汇报，“二叔”表示知道了。她要王建忠给国防部发电核实委任状的真假；二是暂实取消一切联络地点和联络暗号，等曹创与陈世明取得联系之后，再重新恢复联络站的功能。陈世明和曹创见面后，组织收集了一批国民党的残兵游勇，在黑龙山组建了反共游击总队，陈世明任副总指挥，曹创为国防部的军事特派员。
潜伏在公安局的清洁工刘姨和邱拂尘先后落网，王建忠吓破了胆，赶紧溜之大吉。红姑则用诈死来逃避公安的追捕，在同伙的掩护下逃离医院，又用假出殡误导追捕的公安，自己化妆后从容来到为民照相馆，和潜伏的日本特务浅田接上了头后躲藏起来。公安局根据内线报告，在黑龙山发现了面积庞大的雷区，经堪查确定是日军当年埋下的，这就说明公安局侦查方向正确，日军当年埋藏的细菌武器很可能就在这片区域。刘厅长指示，一定要控制日军隐藏的武器库，坚决不能让日本人遗留的武器落到敌特的手里。
我公安人员经过一次次与敌特的反复较量，日本潜伏特务和保密局敌特黔驴技穷，企图作最后的挣扎。曹创向李厅长汇报调查麻雀的进展，确认二叔是麻雀的替身。周雨寒提审在押的日本特工和国民党特工，也证实了二叔的真实身份。二叔原名叫祖眉，经山口惠子折磨改造成为特工，麻雀就是山口惠子。在黑龙山的曹创一直在寻找细菌武器库，他认为可能藏在已发现的军火库內。经过一番探寻，果然找到了日军藏匿在洞内的细菌武器库。毛人凤得消息后十分高兴，下令马上电告“二叔”，要她尽快与曹创、陈世明部联系，共商破门之道。
“二叔”知道崔圣文已投向共产党，便绑架了崔会长，打电话向周局长公开摊牌，要求以山口俊一来换崔熙正，交换地点是城南的柳家沟。陆恺在“二叔”的电话听到有打铁的声音，判断出打电话处有铁匠铺，“二叔”应该就隐藏附近。周局长命令陆恺带人对该地进行搜查。放哨的特务跑进来向“二叔”报告公安来了，“二叔”大吃一惊，命令尹队长掩护，她和毒龙带人分头撤离，屋内留下服毒自杀的崔熙正。另一边，“二叔”遇上陆恺，两人展开搏斗，“二叔”虽身手敏捷但还是不敌陆恺，正当陆恺击败她刚要上前抓捕时，他被从身后窜出的浅田抱住，等他打倒那个浅田时，“二叔”趁机逃脱。
崔府，睌上佣人陈姨把洗好的苹果要老刘送给看守密室的两个公安吃，不久三人便昏睡过去了。尔后一个蒙面人迅速将苹果果进行调换，陈姨从看守手中取走密室门钥匙，打开密室门，来到山口俊一面前，跪着对他说，父亲，惠子来看你啦！山口俊一见惠子要把自己救走，他要惠子自己走，说这是命令不得违抗。山口俊一问樱花钥匙在吗？在得到惠子的肯定后，告诉她两组数字：“八零二七三九、四一七五零一”，这是黑龙山细菌武器库大门的密码，没有把握，宁可放弃，也不要落到中国人手里，原来“麻雀”就是潜伏在崔府的陈姨。
“二叔”得到陈姨给的钥匙和密码后，带毒龙来到细菌武器库开启库门，毒龙身绑炸药威胁曹创和陈世明离开，被制服。曹创宣布毛人凤的命令，命令我们在大门开启之后立刻占领仓库，非我部人员一概不得入内。“二叔”听后气急败坏，无奈曹创陈世明人多势众，只得带着毒龙悻悻离开。陈世明大喜，随赶来的马掌柜马专员也附和着。公安局接到情报，细菌武器库门被打开，为防止细菌武器外流，立即派出部队控制了细菌武器库；再是对山口俊一进行搜查。经对山口俊一的检查，发现他藏在假牙内的细微胶卷被“麻雀”取走，胶卷內容不详。
曹创与刘厅长秘密接头，把细菌武器的库钥匙交给了刘厅长，说没有钥匙谁也打不开仓库门。刘厅长对曹创说劝降陈世明，有一个人可以帮他，他叫山兰。毛人凤命令曹创去韩国送黑龙山的地形图，交给在那里的美军中情局。叫“二叔”派人全程护送。“二叔”派毒龙去执行，曹创抓住时机除掉了这个给日本间谍当走狗的汉奸。毒龙临死前问曹创到底是什么人？曹创明确地告诉他，自己是中共东北局社会部侦察员夏博文。山兰来到黑龙山劝降陈世明，说解放军已重兵包围了黑龙山，加上曹创留給他的信晓之以理，动之以情，陈世明终于下决心投诚。
马掌柜接到毛人凤密电：见电即刻诛杀叛徒“二叔”，不得有误。崔圣文向周局长汇报，半个小时前，我刚跟马掌柜见了面，他说有两条极为重要的情报，我明白他的用意，我把提前准备好的两根金条給了他，他说广和大街有一个鸿济中药店，是日本留下来的最近刚启用的秘密联络站；再是共党的公安局财务科的会计蔡敏芳，也是日本特高课潜伏多年的间谍。今天中午，我看见“二叔”在那和她碰头。
“二叔”的门突然被人踹开，一个蒙面人闯了进来，对着“二叔”就开枪，被“二叔”机警躲过，她问你到底是谁？来人回答你今天必须得死，是毛局长命令我来杀你！王建忠！“二叔”一听声音就知道了。“二叔”怒不可遏：就你也想杀我？！说完她把王建忠踢倒，用枪击毙了他。“二叔”带人来到崔府，被埋伏的公安悉数击毙，“二叔”趁乱冲进密室，却不见山口俊一踪影，刚出门就被网罩住被生擒。不久，逃往广州的“麻雀”，也被陆恺带领的追捕小组擒获，并从她身上搜出细菌武器绝密资料的微缩胶卷。
曹创在美军飞机上向毛人凤电告将在树下坡实施空投，坐标北纬一百一十八度五十三，西经三十八度四十。毛人凤下令给陈世明发电，一即刻赶到树下坡，接应我空投人员；二将全部的细菌武器交与曹创，并服从他的指挥，不得有误。空投的敌特全部我军抓获，曹创最后迫使美军机安全降落。至此，惊蛰行动的最终目的真相大白：它的任务是在东北境内，建立武装部队的根据地，空降场以及秘密交通线，营救被击落的美军飞行员，利用日本残留的细菌武器制造瘟疫，对我新生政权进行破坏。
在我公安有力的打击下，敌特的惊蛰行动完全失败，潜伏的日本间谍也被肃清，保护了新生政权和社会的稳定。
