1937年，中華民族進入了最為苦難的一段時期。日寇侵華，血腥的鐵蹄踏遍神州，熊熊戰火灼燒著祖國每一寸土地。在國難當頭的危機時刻，留學多年的數學博士陳家鵠（郭曉冬 飾）攜日籍妻子惠子（尹媗 飾）回國，希望奉獻自己渺小的光和熱。由于他在國外曾對日本的電報密碼有所了解，因此陳成了日寇急欲獵殺的目標，也成為國民政府積極網絡的對象。經過一番波折，他最終加入國民黨軍統下轄的密電破譯機構“黑室”的一員，雖然憎恨國民黨的腐敗，但是受制于人的陳仍被迫為黑室工作。在此期間，他和惠子也因身份的特殊屢遭軍統刁難。與此同時，我黨人員成功打入黑室，為了新中國的建立做著最后的努力……本片根據著名作家麥家的同名小說改編。