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……

1948年，国共两党的抗争已达到白热化阶段，天下大势虽初现端倪，却也恰恰处在极为凶险，丝毫容不得有任何闪失的关键时刻。九月的一天，一名中共地下党员在沪落网并叛变，为求自保其意欲向时任上海国民政府中央情报第八局的局长谭忠恕（林永健 饰）供出一名重要卧底，此举无疑关系着我党革命的成败。谭此前和我党传奇特工水手有过多次交手经历，此番他胜券在握，而一连串的变故令其意识到敌我双方泥潭之凶险。与此同时，谭为了阻止药品大亨庄文清手中的药品落入解放军之手，透过儿子的校长段海平（陆剑民 饰）实施摩西计划；极富野心的第八局行动处长李伯涵在疯狂追查共党卧底的过程中，则将矛头指向谭最信任的总务处处长刘新杰（吴秀波 饰）。
你来我往，明枪暗箭，黎明前最凶险的棋局悄悄布开……