留學日本的舞臺劇演員袁天杰(徐洪浩 飾)在日本的妻子神秘失蹤。袁天杰回國尋妻卻被軍統(tǒng)訓練成為特工，他和潛伏在軍統(tǒng)內(nèi)部的共產(chǎn)黨員舒秀(陶宇佳 飾)一起接受了尋找日本特務“千面媚蝶”的任務。大明星姚芊芊(袁志博 飾)的身份撲朔迷離，似乎和神秘的“千面媚蝶”也有某種聯(lián)系。通過偵查和分析，舒秀和袁天杰得知姚芊芊是被她的私人醫(yī)生翁子安(孟醒 飾)做了整形手術后潛伏下來的日本軍官，她在上海暗殺多名優(yōu)秀的愛國人士，舒秀帶領袁天杰等人在中共黨組織的領導下與之展開殊死搏斗，最終改頭換面成姚芊芊的“千變美娘”原形畢露，她其實就是袁天杰苦苦尋找的日本妻子。最終，正義戰(zhàn)勝邪惡。