只身从南京大屠杀逃生的医生金深水，流落到日军设立的“保甲模范区”桃花镇，他无意中救了伪装成外科大夫的生化专家白大怡，不料却是一系列波谲云诡事件的开端。随着桃花镇歌舞升平的面纱被逐渐掀开，惨无人道的地下细菌人体实验室、更为恐怖致命的人脑控制药物实验一一浮出水面，在对日军有着国仇家恨的林婴婴、地下党员李灵的帮助下，金深水周旋于狡猾如狐的敌人——远山静子、藤村等人中，极力理清扑朔迷离的敌我关系。在与敌人的残酷斗争中，金深水和林婴婴相互扶持、相互鼓励，这原本的一对冤家，因为共同的理念而走到了一起，产生了深厚的感情，也渐渐理解并认同共产党的信仰与追求。最终，在林婴婴和李灵不惜以生命为代价的掩护下，金深水联合新四军和游击队摧毁了日军用来掩盖种种罪行的桃花镇，让日军的阴谋彻底破产；金深水也在斗争中彻底完成了从一个普通的爱国青年到一个共产党员转变。带着林婴婴的遗愿，金深水正式加入中国共产党，继续进行抗日事业。