韩国反恐局最优秀特工李正宇（郑雨盛 饰）偶遇情报局展厅向导尹惠仁（秀爱 饰），被其深深吸引，无奈屡屡示好均被冰山美人果断拒绝，不解之余渐渐感觉到惠仁身上似乎有别样身世迫其努力与他人保持距离。
时值韩国自主研发最新核反应堆关键时刻，而这一消息对名为“雅典娜”的组织而言则如惊天霹雳，此秘密存在的组织一直掌控着全球能源市场，为保住其统治地位，不惜发动恐怖袭击甚至挑起战争。此次韩国成了他们的眼中钉，为达目的，组织动用了其核心成员，安插在美国情报局东亚分部的部长孙赫（车胜元 饰）利用职务之便，不惜一切阻止韩国的研发进程，必要再掀一番血雨腥风。
孙赫佯称协助韩方工作被美国情报局派回韩国，即刻开始大规模网罗整个东亚关于核反应堆研发的最新情报，甚至大开杀戒，铲除一切了解雅典娜组织，或是被韩国反恐局发现的组织成员。不断发生的离奇案件引起了反恐局的怀疑，通过追查线索，发现被杀嫌犯的同伙现在意大利维琴察有进一步图谋。李正宇及其前辈金基秀（金民钟 饰）被派往维琴察调查真相。本来毫无头绪的李正宇经历一波波偷袭，最后终于发现对方的目标竟是绑架隐姓埋名在维琴察读书的韩国总统独生女……

1949年，新中国建立之初。江山初定，百废待兴，和平的表象下没有硝烟的战争早已拉开序幕。败逃台湾的国民党接连向大陆派出特工，伺机破坏。为了应对接二连三的破坏活动，中共成立情报部门701局与敌方展开连番较量。同年10月初，701局控制的侦听局莫名消失，为了查清消失电台的下落，701局负责人老鬼（王学兵 饰）授命代号二〇〇的张学宁（周迅 饰）去上海寻找耳力超群的钢琴调音师罗三耳。结果阴差阳错，学宁找到了罗德小徒弟——耳力同样超群的盲人调音师阿兵（梁朝伟 饰）。阿兵不负众望，不仅通过层层严苛的考试，还在工作中一鸣惊人。在残酷的谍报战争中，阿兵和学宁之间某种情愫也暗暗滋生……