1928年，伪满洲國的日藉翻译員伊丹英彥（由仲村亨飾演）與中國情人丁慧（由章子怡飾演）分別後回到日本。幾年后，他重返中国到达上海時，已成为一位高级間諜。此時，丁慧已經成為參與地下抗日活動的女孩並愛上了抵抗軍隊中的一位領袖謝明（由冯远征飾演）。當反抗組織在車站歡迎即將來執行暗殺任務的日方秘探山本的時候，在混亂之際他們誤認為名叫司徒的小職員（由劉瑋飾演）即是取代山本之人。在此場衝突中，伊丹英彥無意之下害死了司徒的恋人依玲（由李冰冰飾演），隨后將司徙捕獲。隨著一連串錯綜複雜的事態令司徒困惑不已，最終他重获自由並發誓要為愛人依玲伸冤報仇。受此驚嚇之後，丁慧再度見到伊丹英彥，成為兩個敵對勢力爭奪的重要核心人物之一；由於這件意外過失，她深感內疚不堪。在一處日本風格俱樂部舉行的晚餐派對上，伊丹英彥向丁慧揭示有關已故的山本及謝明的信息，就在丁慧準備出手刺殺伊丹英彥之刻，一個懷抱復仇心機的男人衝進現場，正是這個叫做司徒的人物。