1931年8月末，兩名假扮日本滿鐵警察的男人，從特務手中救出中共地下黨劉沛。這兩個男人，是中共中央特科派來的宋煙橋和大躥兒。是夜，瀋陽三一教堂，滿鐵日本警察署正在進行秘密抓捕，根據叛徒出賣的情報，搗毀中共地下交通站。岸谷雄一和橫煙假扮成接頭人，與南關教堂的神父陳思遠交聯。陳思遠被捕，吞下了交聯信物——黃銅鑰匙。他被橫煙破腹，犧牲。橫煙拿到鑰匙，卻不知有何作用，與岸谷化裝成神父，守株待兔。原定的接頭人，正是宋煙橋。當他一步步走向教堂時，女地下黨員舒婕發現了教堂有詐，向劉沛報警。為了避免宋煙橋鑽進敵人設下的圈套，劉沛犧牲自己向宋煙橋發出警告。
宋煙橋展開備用計劃，試圖通過東三省的官二代邵熠輝，花錢把王振祥引渡到少帥管的監獄。於此同時，宋發現舒婕竟然也在悄悄聯繫邵熠輝。舒婕偷了用以買通邵熠輝的任務經費，暗中單幹，險些中了邵與土肥原布下的圈套。危急關頭，宋煙橋和舒婕各自憑藉機智破解了圈套。按照任務紀律，宋煙橋應該放棄一切行動，回上海復命。登上火車前最後一刻，他改變了主意，決定留下來，並開始了一個勇敢卻無比瘋狂的計劃。
宋煙橋利用獄霸侯嘯天，見到了王振祥。宋與王曾是特工訓練班的同學，使用蘇聯密碼專家傳授的隱蔽聯絡方式，在獄警眼皮底下交換情報。王振祥指認，宋煙橋在獄中結識的怪人趙瘋子，就是叛徒。但宋煙橋覺得趙瘋子太過神秘，疑點重重。宋煙橋要出去，把事情弄清楚。宋煙橋按計劃進行第二步，越獄。但是，岸谷機緣巧合發現了橫煙收受賄絡的線索，正直的岸谷在追查橫煙受賄一事時，竟無意中發現了孫髯的破綻。
根據當時的政治局勢。滿鐵對宋煙橋有兩種處理辦法。如不能證明其共產黨人身份，便只能引渡給東北當局。按東北當局少帥的政治態度，宋煙橋將被中國法院審判，坐牢。少帥對共產黨人一個不殺，一個不放。但是，如日本人能拿到完備的材料證據和人證，證明宋煙橋是共產黨。那就可以將其引渡給南京國民政府，宋煙橋則必死無疑。我黨特科原本的計劃是：由宋煙橋去教堂接頭，拿到鑰匙去找到東北軍軍官徐柱國。鑰匙是一枚信物，類似於古代的虎符。徐柱國那兒有一把鎖，只有這枚鑰匙能夠打開。接頭成功後，東北軍中的進步力量通過引渡法救出王振祥。