上世纪三十年代，四位曾在苏联接受特训的共产党特工组成任务小队，回国执行代号为“乌特拉”的秘密行动。由于叛徒的出卖，他们从跳伞降落的第一刻起， 就已置身于敌人布下的罗网之中。同志能否脱身，任务能否完成，雪一直下，立于“悬崖之上”的行动小组面临严峻考验。

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……