法租界闹市区发生命案，一个不明身份的中年人在向巡捕房求救时被神秘毒针暗杀。随后，巡捕房运送尸体的途中，又遭蒙面杀手截击，尸体被杀手抢走，数名押送巡捕殉职。不久，中年男人的尸体再次出现在法租界，但其腹腔已经被人剖开翻得乱七八糟。钟朗查到死者身份是国府调查局特工王福兴，与其交往过密的服装店老板娘吕美琪与案子有牵连。 国府调查局上海站负责人陈幕找到钟朗，态度强硬地要走了王福兴一案的调查权，并告知吕美琪也是国府调查局的特工，巡捕无权查问。 钟朗发誓查出害死无辜巡捕的真凶，决定暗中调查王福兴一案。在法医于胜男和新晋助手康华生的帮助下，钟朗找到了凶手老A的藏身处。一番激战，老A被捕。钟朗从老A身上搜到一台炸药起爆器。审讯室，狡猾的老A使用和杀死王福兴同样手法的毒针机关残忍杀死看守后逃脱。 调查陷入僵局之时，康华生从王福兴胃内的胶卷碎片发现原照片的内容是重机枪的图纸，于胜男通过科学分析手段证实吕美琪是老A的帮凶，他们是杀害王福兴、夺取武器图纸的凶手。钟朗推断出一些丧失忠诚的国府特工已经受雇于日本人，企图炸毁国军运载先进重机枪生产设备的运输车，借此削弱中国军队的武力。同时，钟朗找到证据，证实陈幕确是此次破坏计划的负责人。 钟朗没有直接逮捕陈幕，而是巧妙诱使他自己露出狐狸尾巴，意图从其口中套出埋设炸药的准确地点。然而，老A和吕美琪的突然出现让钟朗落入险境。千钧一发之际，探案小组带领巡捕和钟朗里应外合，打退陈幕一伙，老A潜逃。陈幕临死前告诉钟朗炸药埋设在一座桥基上。 钟朗小组赶到铁路桥，和陈幕的手下余党老A一伙展开殊死搏斗，最终成功保护了国军运送武器生产线的运输车，粉碎了日本人的破坏计划。