1937年8月初，規(guī)模空前的淞滬會戰(zhàn)即將在遠(yuǎn)東第一大都市上海爆發(fā)，中國最高統(tǒng)帥部決定“先發(fā)制敵”，一舉殲滅長江上的所有日艦和日本海軍陸戰(zhàn)隊(duì)，贏得戰(zhàn)爭的先機(jī)。在一艘開往上海的巨輪上，剛從中央大學(xué)放假歸來的女學(xué)生藍(lán)胭脂(趙麗穎 飾)和馮曼娜(陶昕然 飾)正在玩一場間諜游戲。馮曼娜用簡筆畫下游客們的大致外形，而藍(lán)胭脂扮成瞎子穿過甲板上密集的人群，純粹通過聲音判斷他們的長相和身份，竟然完全正確了。一心想成為秘密特工的胭脂十分開心。但是一場真正的間諜抓捕行動其實(shí)正在船上發(fā)生。軍統(tǒng)刑偵隊(duì)隊(duì)長宋勉(袁文康 飾)帶領(lǐng)手下徐濤老喬(劉彥卿 飾)等人正在尋找日本特務(wù)，胭脂變裝被宋勉發(fā)現(xiàn)，當(dāng)成了可疑人物拷在了機(jī)輪艙里。日本特務(wù)龍二與純子出現(xiàn)，宋勉立刻抓捕了龍二，純子在被老喬抓捕之前將重要情報(bào)藏入了一枚胭脂盒中。胭脂利用自己手小的優(yōu)勢掙脫了手銬，她以為宋勉他們是敵方特務(wù)，想要和曼娜一起找船長報(bào)告。宋勉在船艙中審問龍二時不慎被龍二拿到偷藏的刀片逃脫，龍二掏出艙后正好遇見急急忙忙的胭脂，將她抓為人質(zhì)。雙方對峙中，機(jī)智的胭脂利用甲板上的一灘機(jī)油使龍二滑倒乘機(jī)逃脫。