1937年8月，淞滬會戰開始，中日戰爭全面爆發。中日雙方投入重兵，激戰一個月后，雙方均傷亡慘重，戰事呈膠著狀態，日本“三月亡華”的計劃落空了。為了快速解決戰斗，日軍參謀本部決定，增派三個師團與海軍協同作戰，在杭州灣北岸登陸，從后面包圍中國軍隊。作戰命令以最新設計出的頂級軍事密碼發給了上海派遣軍松井石根大將，同時派遣特務偵察登陸地點中國軍隊的防務，做好登陸的先期準備。但此時杭州灣北岸已成軍事禁區，幾批日本特務都無法靠近。日本情報部緊急調來剛剛從間諜學校畢業的王牌間諜山本芳子和山本惠子，準備將這對姐妹花空投戰區。姐妹二人正是日軍軍事密碼的研制者――東京帝國大學數學系教授山本康夫的女兒。一心只想成為偉大數學家的山本康夫，為了保護因反戰而被囚禁的妻子青田秀的安全，不得不與日本軍方合作，用他的數學天賦為軍方制訂一套全新的密碼系統。參謀本部內，小川將軍在布置作戰任務，惠子認真地聽著，心事重重的芳子卻溜了出去給母親青田秀打去了電話。突如其來的打擊使山本夫婦陷入了痛苦，這天正好是女兒們的18歲生日，但她改變不了女兒的命運，只能在后方為她們祈禱。與此同時，在南京成立不久的密電所內，所長文為均與學生黃永青正在破譯剛截獲的日方密電。面前有如天書的密電使二人遇到了前所未有的難題，最后在文為均的提示下黃永青最終破解了密碼，電文內容正是日軍登陸杭州灣作戰的詳細計劃。事態緊急，兩人急速將結果緊急送往軍委會。軍委會最高長官張誠將軍對此非常重視，立刻召開軍事會議，但對于這份情報的真偽卻難下定論。面對軍方的猶豫不決，文為均和黃永青憤然離去。而此時張將軍所考慮的是，如果情報屬實，國民政府也面臨著無兵可調的局面，只有35師駐扎在杭州灣附近。于是他向35師師長林忠強發出了批示，命令林忠強密切關注日軍動向，一旦有變，火速馳援杭州灣。同時，軍委會調查局行動處副處長王浦江也奉命帶領搜索隊火速趕往杭州灣搜索日軍間諜。林忠強和文為均是在美留學時的老友，對于他提供的信息，林忠強更是深信不疑，全師處于一級戰備狀態。此時，惠子和芳子已成功登陸杭州灣附近，她們扮成中國農家姑娘，操著熟練的漢語，順利通過幾道警戒線，來到杭州灣岸邊。她們潛入當地守軍的指揮部，通過獲取的資料掌握了中國軍隊的數量和防務地點，他們正準備離開，被剛剛趕到的王浦江發現，雙方展開了激烈的交火。