巍巍康熙王朝即将落下帷幕，皇位的归属引来诸位皇子的明争暗斗，偌大皇宫之中，一派祥和的外表下杀机四伏，凶相迭出。恰在此时，一个本该在21世纪过着平凡生活的少女洛晴川（杨幂 饰）意外穿越到了这个波谲云诡的时代，她是一名考古系的学生，对历史有着浓厚的兴趣。在这里，她凭借丰富的史学知识在皇宫中博得一席之地，也结识了早在历史书籍上便已熟悉的胤禛（何晟铭 饰）、胤禩（冯绍峰 饰）等阿哥，在交往中更与他们产生了感情。在夺嗣之争中，晴川见识到了宫廷勾心斗角之惨烈，也亲眼见证了与史书所载不一样的历史。
上海青年童威（黄海冰饰）和健生五金商行老板肖健生（王志华饰）因涉嫌刺杀日本人和井久见而被日本宪兵队逮捕。肖健生的身份被暴露，他劝童威出狱之后去苏区投奔新四军，投入到抗战的队伍中。并托童威把一块怀表和一封血书交给一个叫周丽的人。后来童威加入上海地下党与日本特务展开搏斗。因任务需要而是未婚妻陈雨虹产生了误解，后来随着任务的进行两人冰释前嫌，但因此暴露身份。为了满载着无缝钢管和军用物资的运输船在周丽的率领下顺利驶向苏区，献出了生命。
1937年，中华民族进入了最为苦难的一段时期。日寇侵华，血腥的铁蹄踏遍神州，熊熊战火灼烧着祖国每一寸土地。在国难当头的危机时刻，留学多年的数学博士陈家鹄（郭晓冬 饰）携日籍妻子惠子（尹媗 饰）回国，希望奉献自己渺小的光和热。由于他在国外曾对日本的电报密码有所了解，因此陈成了日寇急欲猎杀的目标，也成为国民政府积极网络的对象。经过一番波折，他最终加入国民党军统下辖的密电破译机构“黑室”的一员，虽然憎恨国民党的腐败，但是受制于人的陈仍被迫为黑室工作。在此期间，他和惠子也因身份的特殊屡遭军统刁难。与此同时，我党人员成功打入黑室，为了新中国的建立做着最后的努力……本片根据著名作家麦家的同名小说改编。
