在抗战即将取得胜利之时，军统内部潜伏着一位中共地下党员欧孝安（黄景瑜饰），他在逃离日军建立起来用于研制生化武器的研究机构监狱的过程中遭受重伤并陷入昏迷状态。之后，他被参与抵抗日本侵略者的人民军队发现并从危险中拯救出来。恢复清醒后的欧孝安没有留下四年前那段狱中的点滴记忆。依靠过去最后的一小段清晰思绪为起点，他开始整理支离破碎的记忆碎片，秘密追踪揭露敌特分子黎少堂（马思超饰）阴损行为的真实性。在这个探索历程里，欧孝安遇到了另一位共产党同志覃墨卿（辛芷蕾饰）。最初他们彼此持怀疑态度进行调查，但后来双方建立了信任关系，成为战友。两人携手前往日军设定的生化武器研发中心，在那里捕获情报负责人大桥以及野田。当战争落幕，国民党计划接管因侵华战争遗留下来的日方生物科技实验室内的人力资源和技术储备以备战未来的反共斗争。了解到这个企图后，欧孝安毅然制止这场阴谋并将黎少堂的真实面目彻底暴露出来。“孤独之星”的美誉再次回到欧孝安身上，使他又一次回到了党组织之中。