1940年，中国遭受着日本帝国主义的侵略，孤岛时期的上海，形势复杂。荣字1644部队的负责人川本四郎指挥日军在浙江省衢县投放细菌“虎烈拉”（霍乱）。日本人对中国实施细菌战的消息传开，引起各方高度注意。
上海我党地下情报人员鲁世洪、沉璇青奉命调查此事。在沉璇青的影响之下，男友唐承昌和台湾青年医生金南植也加入了调查的行列。
为了获取有关日本人在战场上使用“虎烈拉”的资料，美国地下情报人员肯特不幸被日军逮捕并打伤，川本四郎把肯特当作活体解剖的“原木”，对他注射了“虎烈拉”。奄奄一息的肯特在正直的日本教授舍命帮助下逃出了魔窟，并将日军制造“虎烈拉”的秘密资料带了出来，见到同志交出秘密资料之后牺牲了。
之后，川本四郎设法找到肯特的尸首并将其带回，认为这证明“虎烈拉”病毒对美国人也有效。但发现在他之前已经有人检验过肯特的尸体，为了保住制造“虎烈拉”的罪行不暴露，他下令一定要找出这个危险的敌人。
此时，川本四郎也开始怀疑他自己的亲弟弟平野是背叛了日本国的敌人，对他进行秘密监视，致使平野要炸毁生产“虎烈拉”工厂的行动暴露而被杀。
美国特工乔。邓刺杀川本四郎未能成功，却获悉日军已将五箱“虎烈拉”运进上海，准备运往前线实施“细菌战”。他将这一情报告知我方情报人员沉璇青。于是，我方决定组织炸毁已经运入上海的“虎烈拉”，可惜未获成功，为此唐承昌也牺牲了。
我地下情报人员李修萍，鲁志洪等人立即重新组织力量，赶到川本四郎运送“虎烈拉”上前线的路上进行阻击。经过惨烈的战斗，阻击行动终于成功，“虎烈拉”全部烧毁，川本四郎被消灭，鲁世洪、李修萍英勇牺牲，沉璇青、金南植死里逃生得幸存。