乔纳森（汤姆·希德勒斯顿 Tom Hiddleston 饰）曾是一名在伊拉克前线拼杀的士兵，退伍后，他来到了一间富丽堂皇的酒店之中，在此担任夜班经理的职务。某日，乔纳森在酒店里偶遇了名为索菲（奥雷·阿蒂卡 Aure Atika 饰）的美丽女子，对其一见钟情，然而，索菲是某军火走私贩的情妇，她将一份涉及到英国军火黑市大佬理查德（休·劳瑞 Hugh Laurie 饰）的机密文件偷偷交给乔纳森，随后便死于非命。
宁夏（蒋梦婕 饰）在网络上化名“小红豆”，结识了网名“树洞”的男子，聊得十分投机的两人之间产生了真挚的友谊，小红豆还在机缘巧合之下成为了树洞的救命恩人。实际上，树洞的真实身份正是宁夏的上司赵丹桥（丹尼斯吴 饰）。当得知这一真相后，对树洞早已经芳心暗许的宁夏决定将这份感情默默的埋藏在心底。宁夏找到了自己的表姐宁馨（吕佳容 饰），希望后者能够代替自己同树洞见面。与此同时，赵丹桥渐渐喜欢上了善良温柔的宁夏，两情相悦的两人终于走到了一起。可是，在这个节骨眼上，宁馨却因为贪图赵丹桥丰厚的家底而企图破坏他和宁夏之间的感情。
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。
