该剧讲述上世纪三十年代初，日本占领中国东北三省，在一列从哈尔滨开往奉天的列车上，一方面日本人进行细菌战筹备中，秘密对相关生化专家及重要物资进行转移；另一方面南满伪政府中央银行将通过铁路秘密运送大批黄金，国民党特工乌鸦计划…

留学日本的舞台剧演员袁天杰在日本的妻子神秘失踪。袁天杰回国寻妻却被军统训练成为特工，他和潜伏在军统内部的共产党员舒秀一起接受了寻找日本特务“千面媚蝶”的任务。大明星姚芊芊的身份扑朔迷离，似乎和神秘的“千面媚蝶”也有某种联…