1937年，南京淪陷，國民政府遷都重慶，抗日戰(zhàn)爭進(jìn)入最艱難的階段。留洋多年的數(shù)學(xué)博士陳家鵠(郭曉冬 飾)，在日寇入侵國土淪喪的危急時刻攜自己的新婚日本籍妻子—惠子(尹媗 飾)回國，希望以自己的一技之長，為國效力!卻不曾想到，自己的數(shù)學(xué)天賦以及在國外求學(xué)時曾誤打誤撞破解過日本密電源碼方程式的歷史，早已經(jīng)被日本諜報機(jī)構(gòu)和國民黨軍統(tǒng)掌握!　　軍統(tǒng)欲組建針對日本軍方密電的破譯機(jī)構(gòu)——黑室。陸從駿上校經(jīng)受重重考驗，被任命為黑室負(fù)責(zé)人。陳家鵠被黑室視為破譯密碼的最佳人選!但是面對軍統(tǒng)的力邀，早已知道政府腐敗無能、對國民黨當(dāng)局缺乏信任的陳家鵠拒絕合作，遭到黑室負(fù)責(zé)人陸從駿的綁架?！　￡憦尿E為了確保黑室的安全，不斷地制造誤會、甚至不惜拿掉惠子腹中的孩子，以離間陳家鵠夫妻的感情。陳家鵠參加父母的葬禮，遭到日特伏擊，混亂之中，陸從駿奮不顧身，擋住了射向陳家鵠的子彈。陳家鵠對黑室和國民黨徹底死心，萌生了離開黑室的念頭。這時候，他得到消息妹妹家燕已經(jīng)到了延安。黑室密戰(zhàn)劇照　　陸從駿中了相井的離間之計，開始在黑室內(nèi)部排查泄密汪精衛(wèi)出逃消息的人。為了保護(hù)陳家鵠，林蓉蓉(孫寧 飾)不斷涉險不幸引起了陸從駿的深度懷疑。李政和林蓉蓉為了商議轉(zhuǎn)移陳家鵠接頭，被陸從駿的爪牙發(fā)現(xiàn)。危急關(guān)頭，被安排在黑室內(nèi)部一個連李政、林蓉蓉都不知道的三重保險——徐州，將爪牙除掉。　　陳家鵠在黑室不斷地目睹國民黨疏于抗日，見共產(chǎn)黨人徐州、林蓉蓉卻為了信仰和民族利益不惜犧牲，受到極大觸動。在黑室令其監(jiān)控延安電臺破譯電文的任務(wù)之時，陳家鵠拒絕破譯，還主動向延安電臺發(fā)出預(yù)警電報，挫敗了國民黨的陰謀!　　陳家鵠正式提出要離開黑室，黑室的高層因為恐懼陳家鵠會投奔共產(chǎn)黨，惱羞成怒的要除掉他!在李政的幫助下，陳家鵠克服艱險出逃。