三十年代，上海。

兰心茹是一家医院的外科医生，独自一人带着六岁的侄子生活，她的原则是只行医救人，不过问政治，但一次偶然的事件却阴差阳错地把她推向了风口浪尖，这个沉静内敛的女人将面临一次突如其来的生死抉择……

齐玉珍是兰心茹的同事，也是我中共地下党员，她几次动员兰心茹加入共产党，兰心茹都笑着推辞了，但两人依然是无话不谈的好朋友。一天，前去传递情报的齐玉珍重伤归来，她用最后的力量告诉兰心茹，让她帮忙把一个情报传递出去，兰心茹答应了。

兰心茹前去接头，却发现来接应的同志已经被捕。兰心茹通过对已知情况的推理，慢慢理出头绪：由于出现叛徒，我上海地下党组织遭到破坏，国民党上海警察局行动队队长陈占豪临走时，从我地下联络站里拿走了一尊佛像。而那尊佛像里藏着我上海地下党的全部名单，陈占豪一旦发现，我党将损失惨重！现在知情者全部牺牲，兰心茹不知道谁是共产党，为了救人，她做出了一个重大的决定：找到佛像、拿出情报、交给共产党！这个毫无特工经验的女医生开始去完成一个不可能的任务……

与此同时，我武汉党组织派出特工黄维君，来上海寻找那份失踪的名单。

兰心茹把孩子送到乡下，换了一家医院，开始观察陈占豪的行踪，她发现陈占豪的地下情人居然是她的中学同学向秀娟，向秀娟为了给弟弟治病而委身于陈占豪。当两个女人冰释前嫌之后，向秀娟开始帮助兰心茹。

叛徒刘天舒是个首鼠两端的人，他只想拿到赏金远走高飞，他发现他的女友兰心茹行踪可疑并开始跟踪。

兰心茹一边寻找机会，一边以一个医生的天职治病救人，青红帮身中数刀的老大、命悬一线的女病人、赖在医院不走的老太太……而这些人，都在她以后的逃亡生涯中给予了极大的帮助。

黄维君了找到了线索，他以粉刷大楼为借口准备盗取佛像，就在他动手之际，兰心茹先行一步，在众人的帮助下，兰心茹以某种刺鼻无毒的气体制造恐慌，扮成毒气专家进入警察局大楼，以调包的方式，将佛像装入了运往剿共前线的军火专列，然后去江西提货，陈占豪经过一夜的冥思苦想，识破了兰心茹的计谋，他飞往江西，前去拦截……

兰心茹拿到情报，但她只能返回上海，因为她知道共产党在上海找她，陈占豪也断定回上海是兰心茹唯一的选择，他在上海的交通要道布下重兵，并将兰心茹的亲朋好友全部监控，等待兰心茹的到来。

兰心茹远没有陈占豪想的聪明，她的无知和单纯反而帮她逃过一劫，但巧合不会再次发生，面对警察局警察的围追堵截，毫无经验的兰心茹顷刻间陷入绝境，她不会用枪，不会伪装，她先后藏于女病人家、妓院，教堂等地，在恐惧中度日如年，她甚至想到退缩，打算离开上海，但共产党扰乱敌人的枪声又给她传达一个明确的信息：共产党每时每刻都在找她！为了当初的诺言，为了救人，她又咬着牙留了下来。

共产党确实在寻找她，黄维君为了干扰搜捕，甚至冒着生命危险袭击陈占豪，叛徒刘天舒也加入搜查的行列，陈占豪的警察搜遍了旅馆、舞厅、电影院、大烟馆……各方都在寻找，但兰心茹人间蒸发，此时的兰心茹已经扮成病人进入传染病房，这里暂时是最安全的地方。

一个偶然的机会，陈占豪得知自己的地下情人向秀娟和兰心茹有秘密来往，他心中一动：向秀娟会不会向兰心茹提供情报？能不能利用向秀娟？而此时，兰心茹也以医生的冷静睿智梳理着自己的思路：现在最急切找到共产党的有两个人，一是自己，一是陈占豪，能不能从陈占豪那里得到共产党的信息？

陈占豪将计就计，以刘天舒为诱饵捉拿兰心茹，关键时刻，向秀娟以血肉之躯换来了兰心茹的平安，刘天舒叛徒的身份暴露，他层层走访，绑架了兰心茹的侄子，为了孩子安全，黄维君尾随其后，追杀刘天舒。

刘天舒向兰心茹发出暗号，要求兰心茹以情报换回孩子，兰心茹向黄维君发出暗号，希望得到帮助，黄维君在和陈占豪周旋，……一场大对决在江边展开，短兵相接的枪战以后，刘天舒中枪后，再次逃脱。兰心茹拿出情报，跟着黄维君踏上了奔赴苏区的征程……

兰心茹拒绝了黄维君为她安排一份安稳工作的建议，她把侄子安排给黄维君，不辞而别，同时消失的还有自己那把手枪。这个文静的女医生又有什么打算呢？很快，黄维君就有了答案，他们坐上火车，向上海追去。