1943年，抗战进入相持阶段后期，日军为挽救残局，秘密展开了“芥子气”化学武器的第三期研发，这就是历史上臭名昭著的“丁号计划”。日军在我国东北地区隐蔽建立了大型的地下试验基地。故事从上海开始……

1943年初秋，上海郊外，一辆装着日军“丁号计划”的关键物资A1物资的运输车正在行驶，突然杀出一伙蒙面人将物资车上的日军杀死，并截获了物资，当他们发现车上居然只一个箱子时就开始疑心日本人在搞鬼，此时又有大批日军赶到开枪对着他们扫射，蒙面人抬着箱子急速撤离。

上岛将军得知A1号物资车被劫，且劫匪下落不明，顿时震怒。他对平田君说想不到上海的反动势力那么猖狂，看来精心操练的反策队该亮相了，正好捅一捅他们的马蜂窝，第一目标就是捣毁他们的水乡据点和那个来路不明的歌舞厅。他对平田君保证三天内一定找回丢失的物资。

此时民间抗日团队“铁血东北虎”成员们对着劫来的箱子犯了愁，心里既好奇里面到底装的是什么？又怕狡猾的日本人会设下陷阱，不敢轻易打开。二把手罗长虎第一个沉不住气，一把掀开箱盖，众人见并没发生什么，纷纷围了上去准备一瞧究竟，只见箱子里仅装了几个玻璃器皿和一些结晶体，正在他们讨论不休时，日军到了他们所在的村庄围剿，大哥下令兄弟们将箱子里的东西分别保管，分头逃走。

上海的百乐门舞厅，众男子为了博得当红交际花蓝欣儿的青睐，使出了浑身的解数。

罗长虎深夜回家，在鬼子反策队疯狂扫荡中受伤的张岸良在家门口等着他呢，他问罗长虎A1物资不是他们抢劫的吧？罗长虎矢口否认。

在上海滩一处神秘的教堂，“交际花”蓝欣儿秘密与神父见面，神父让她看了一张照片，问她是否认识此人，蓝欣儿说日本大名鼎鼎的化学专家平田洋一，如今是世界炙手可热的人物之一，怎么会不认识？神父甚至知道蓝欣和平田洋一并不是简单的认识，而是在德国留学期间的恋人。神父卡列安准备雇佣蓝欣儿策反平田，蓝欣儿似乎是为了钱爽快地答应了下来。

大岛将军为了保证“丁号计划”研究组长平田洋一的安全，故意在各大报刊上放出“平田即将从码头离开上海”的消息，私下却安排平田的弟弟平田洋二届时出现在码头，试图将上海滩的各方潜伏势力一网打尽。平田却提出两个条件，一就是要保证他的安全，二要说服中国专家张岸仁加入“丁号计划”，否则他哪儿也不去。

地下党张岸良一直在罗长虎家里养伤，罗长虎一心希望加入组织，这天张岸良带他去见赵队长。赵队长请罗长虎出手在码头上刺杀平田洋一。这一天上海滩码头人潮涌动，杀机四伏，上海滩的各方势力齐聚，等着刺杀平田。终于平田现身，罗长虎准备出手，但被东北虎老大拦阻，此时各方势力已纷纷动手，埋伏已久的日军在大岛指挥下凶悍地杀出，码头上顿时枪林弹雨，各方地下组织人员死伤惨重。罗长虎摆脱老大的纠缠出手刺杀平田，就在即将得手之际，却遭到了神秘女子蓝欣儿的开枪阻拦。罗长虎追上蓝欣儿的车问她为什么护着日本人，但蓝欣儿却佯装与他素未谋面的样子。

因为暗杀被蓝欣儿阻拦而失败，罗长虎对蓝欣儿的身份产生了怀疑，他一路跟踪蓝欣儿来到百乐门，这里正在举行化妆舞会，罗长虎鬼鬼崇崇的样子早被蓝欣儿发现了，她在一杯酒里下了药，让侍应拿给他喝。正当罗长虎喝了酒晕晕乎乎地站在当地，日本来查良民证了，关键时刻蓝欣儿还是机智地替罗长虎解了围。

大岛召集部下开会，说码头暗杀中逃脱的两人的身手与抢劫A1物资的劫匪十分相似，是他们一直在通缉的共党分子，他说他们身手了得，吩咐宪兵队抓捕时一定要小心谨慎，确保万无一失。

蓝欣儿把罗长虎带到玫瑰饭店安置，一路上迷迷糊糊的罗长虎大骂蓝欣儿是女汉J、女特务。

“铁血东北虎”的老大在一个劲地埋怨赵队长，明明是日本人设的陷阱还一个劲地往里跳，害得他家老二到现在也下落不明。

张岸良重新找到罗长虎，告诉他码头上现身的平田是假的。蓝欣儿再次来到教堂和神父见面，她对神父说自己成功在码头救了平田是不是应该加一笔钱呀？神父问她难道没有看出来那个平田是假的吗？蓝欣儿笃定地说这世上只有两个女人对平田最熟悉，一个是平田的母亲，还有一个就是她，之所以留着假平田，那是因为留着一个替身，真的那个就没那么容易被杀了。

张岸良发现罗长虎家鱼缸里的鱼全死了，一问之下才知道是罗长虎把日军物资箱里的结晶石放在了鱼缸里，看来这批物资有问题，老大突然想起米缸里也放了石头。张岸良决定带着罗长虎一起去找他哥哥张岸仁。

张岸良带着罗长虎找遍了上海的水泥厂，他告诉罗长虎说他哥哥是一位化学天才，但因为总有人找他研究化学武器，所以他宁可躲在水泥厂里做苦力。他们刚发现了张岸仁的踪迹，就被大岛捷足先登，带走了张岸仁。罗长虎和张岸良一路尾随日本人来到剑道馆，平田与张岸仁是留学德国时的同学，他对张岸仁非常亲切，希望说服张岸仁加入他们的“丁号计划”。但张岸仁始终一言不发，大岛见他一个中国人如此傲慢非常恼火，但平田坚持认为目前找不到比张岸仁更好的合作者。

张岸仁不愿和日本人合作，他在室内自杀，张岸良心急如焚，不慎暴露了行踪，张岸良和罗长虎于日本人混战成一团，张岸良终因受伤被抓，罗长虎只身逃脱。大岛火速将岸仁、岸良兄弟送医院救治。平田再次提出剑道馆不安全，他说每次来上海都住国际饭店的，请大岛尊重他的习惯。神父找来蓝欣儿告诉她平田入住国际饭店的事，让她尽快采取行动，蓝欣儿直接就把平田的房间号报了出来，她说神父的人已经严重妨碍了她的计划。她对神父说他们只需要好好想想怎么把平田安全送往苏联就行了。

蓝欣儿想办法入住了国际饭店平田楼下的房间，准备开始采取行动。地下党也时刻在饭店外监视，看了那个楼层高度，赵队长说只有罗长虎办得到。此时的罗长虎正被大哥绑在柱子上没法动弹呢。大岛指派了一刀流、武川藏、岗本忍术团新任团长岗本雄太三大高手贴身保护平田。

大岛站在窗口望着园内的风景，说是果然符合平田川的风流本色，平田淡定地说自己潜心研究，至今未婚，连女朋友也没有，又何来的风流本色？大岛说平田君的五年前留学德国时认识了一个上海籍女子名叫玛利亚，并与之交好，后来不知为何又分手了，平田君从德国追到了上海，这不是风流成性是什么？大岛吩咐手下调查玛利亚其人。

大岛的话勾起了平田对往事的回忆，他拉开抽屉拿起放在里面的苏绣手绢。德国盟军发来电报说是查不到任何关于这个叫玛利亚的中国女人的资料，大岛说唯一的可能就是她在德国时的资料已经被销毁。而这种情况只能出现在国际间谍身上。

罗长虎被老大囚禁着心急如焚，他说服兄弟老八给他松绑，直奔国际饭店，继续执行刺杀平田的任务。

蓝欣儿查到平田被软禁在房间，她要求苏联修女卡琳娜在十二点十五分准时将平田点的餐送到她房间。罗长虎和八弟扮成日本军人的样子和赵队长碰头，赵队长见来了后援十分欣慰。

蓝欣儿打扮成侍应生的样子推着餐车前往平田房间，此时罗长虎他们也进了饭店，被日本人盘问，他们说自己是上海驻军警卫团的人，来找上岛汇报，没想到警卫团和他们反策队一直是面和心不和，怎么可能有事情汇报？蓝欣儿在小馄饨里下了药，并将特意让卡琳娜买来的苏绣手帕塞在酒杯里，餐点被送了进去。在走廊里蓝欣儿看到日本兵如临大敌般的样子，她总觉得有事要发生，匆匆回房她让卡琳娜快离开，原本对她不屑一顾的卡琳娜开始慢慢信任她。

看着酒杯里的手帕，平田的思绪被拉回了两人分手的那天，蓝欣儿坚持要回国做交际花，平田不能理解蓝欣儿的决定，临分手时她就是给了自己这么一块手帕留作纪念的。蓝欣儿一直在楼下用听诊器关注着楼上的一举一动，她听到平田和守门的士兵发生了冲突，他要出门，蓝欣儿高兴地自语“成功了！”这时，罗长虎突然潜入平田房间，出手刺杀平田，大岛发现危机，及时救援了平田，但自己被刺致重伤。蓝欣儿的计划被罗长虎的突然出现完全打乱了，这罗长虎身手了得，将日本人打得一个落花流水，平田趁机打晕大岛希望逃出国际饭店。老八凭着自己的机灵劲也逃了出来，却浑然不觉自己已被日本人跟踪，将为兄弟们带去灭顶之灾。

罗长虎阴差阳错地进了蓝欣儿的房间，蓝欣儿要与他做个交易，他放过平田，而她则可保他脱身。此时日本人进来搜查，蓝欣儿用王老板作挡箭牌，顺利逃过一劫。蓝欣儿让罗长虎穿上王老板的西装，两人挽手出门，一出门就遭到了日本人的围追堵截，经过激烈的对决，罗长虎干掉了日本高手武川君，此时卡琳娜冒险救了他们。

蓝欣儿责怪罗长虎打乱了她的计划，导致策反平田的任务失败，要罗长虎马上离开，但罗长虎却认定平田的失踪和蓝欣儿有关，让蓝欣儿说出平田的去处。