馬云飛(于震 飾)和高寒(王麗坤 飾)婚禮的當(dāng)天，來(lái)了一個(gè)不速之客——“五號(hào)特工組”的老朋友老于，懇請(qǐng)他們?cè)俅纬錾?，?zhí)行一項(xiàng)別人無(wú)法完成的任務(wù)：追查盜竊美國(guó)核武器資料的雙料間諜吉川猛夫(張黦 飾)。為此，高寒做了落跑新娘，跟隨歐陽(yáng)劍平(劉琳 飾)和李智博(施京明 飾)趕赴云南接受任務(wù)，馬云飛和何堅(jiān)(淳于珊珊 飾)也被迫出山，于是“五號(hào)特工組”五位成員：語(yǔ)言專家歐陽(yáng)劍平、爆破專家李智博、特工馬云飛、密碼專家高寒、“神偷”何堅(jiān)再次集結(jié)上了前線。同時(shí)，日本方面派出了他們的殺手锏，酒井朝香(張齡心 飾)——她是酒井美惠子的親妹妹，一個(gè)手腕更加毒辣兇狠的高級(jí)女間諜?！拔逄?hào)特工組”出師不利，被吉川猛夫還沒有暴露的同伙陷害入獄，五號(hào)無(wú)奈之下集體越獄……一面躲避美軍的追捕，一面追擊吉川猛夫，最終揪出了美軍內(nèi)部的叛徒，搶在酒井朝香之前找到了失竊的核武器資料。戰(zhàn)事愈演愈烈，前方戰(zhàn)場(chǎng)的士兵出現(xiàn)了大規(guī)模病毒感染，五號(hào)特工組受命調(diào)查，路上和這場(chǎng)病毒站的禍?zhǔn)讟虮臼е槐?。橋本還是個(gè)視科學(xué)試驗(yàn)高于一切的科學(xué)怪人，他給高寒注射了病毒，把她當(dāng)試驗(yàn)品綁架走，一路細(xì)心的保護(hù)研究。馬云飛、李智博、何堅(jiān)深入滇緬邊境，經(jīng)過艱難的叢林追擊戰(zhàn)，摸到了敵人在緬甸境內(nèi)的生化基地。此時(shí)，高寒為了拿到病毒血清，街救前線的大批戰(zhàn)士，也差點(diǎn)獻(xiàn)出了生命。戰(zhàn)事緊急，正面戰(zhàn)場(chǎng)物資短缺。蔣介石(韓英群 飾)盯上了閻錫山早年私藏的軍火，閻錫山以軍火庫(kù)建造者李陽(yáng)失蹤為由，不為蔣介石提供軍需。戴笠(王新民 飾)不得不再次求助于五號(hào)特工組，讓馬云飛四人潛入山西，尋找軍火庫(kù)建造者李陽(yáng)的下落。五號(hào)特工組利用日軍司令風(fēng)間義博嗜愛中國(guó)畫的喜好，竊得蔣介石家里的古代名畫為誘餌，釣了風(fēng)間義博上鉤。籍由賣畫，深入風(fēng)間義博居住的司令部，趁機(jī)偷拍日軍晉中會(huì)戰(zhàn)戰(zhàn)斗記錄和花名冊(cè)，此時(shí)酒井也來(lái)了，馬云飛巧妙周旋，在被識(shí)破的前夕，順利逃出日軍司令部。五號(hào)按圖索驥，馬云飛、何堅(jiān)通過假招供的手段，進(jìn)入康坑歸化監(jiān)獄。倆人費(fèi)盡周折，終于取得了監(jiān)獄里犯人領(lǐng)袖朱非的信任，協(xié)助他越獄。朱非行動(dòng)失敗，臨死前告訴馬云飛，自己就是李陽(yáng)，五號(hào)終于搶在日本人之前找到軍火庫(kù)。五號(hào)特工組帶著宋美齡(王靜 飾)心愛的國(guó)畫回到重慶，準(zhǔn)備完璧歸趙，一下飛機(jī)就碰到了來(lái)華援助的美國(guó)飛虎隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)陳納德(飾)在機(jī)場(chǎng)遇襲。五號(hào)特工組沒來(lái)得及脫身，被老于和戴笠堵在了門口。五號(hào)從重慶機(jī)場(chǎng)槍擊現(xiàn)場(chǎng)查起，利用物理、槍械等知識(shí)，依靠心理學(xué)和推理演繹等手段，從極為有限的線索中還原了槍擊現(xiàn)場(chǎng)，并沿著蛛絲馬跡，徹底瓦解了日本人了刺殺陰謀。揭開真相后，馬云飛等人奉命保護(hù)陳納德來(lái)重慶；陳納德夫人為了確保陳納德安全，還請(qǐng)來(lái)了美國(guó)的安全顧問羅特。羅特到達(dá)后，對(duì)馬云飛等人的行動(dòng)多有指責(zé)，而層出不窮的意外，也讓五號(hào)特工組屢屢陷入被動(dòng)。馬云飛等人幾經(jīng)周折，發(fā)現(xiàn)一切事件的真兇，是安全顧問羅特造成的——這家伙是個(gè)冒牌貨。五號(hào)特工組接到中國(guó)遠(yuǎn)征軍孫立人將軍的邀請(qǐng)，送一份重要的河道圖去緬甸，和他們通行的還有隨行記者崔媛媛(張譯木 飾)，馬云飛的老同學(xué)，高寒為此吃醋不已。他們都不知道此時(shí)的崔媛媛其實(shí)是易容后的酒井朝香，酒井殺害并冒充崔媛媛跟著五號(hào)的目的是混入遠(yuǎn)征軍基地，配合日本轟炸機(jī)實(shí)施轟炸。只有高寒一個(gè)人識(shí)破了崔媛媛的面目，其他人卻都認(rèn)為她是在吃醋起疑，不相信她的話。當(dāng)大家一個(gè)個(gè)被易容的酒井送進(jìn)陷阱，指引日本轟炸機(jī)的篝火即將被點(diǎn)燃的時(shí)候，離隊(duì)許久的歐陽(yáng)劍平帶著陳納德的救援趕到。酒井朝香重蹈了她姐姐的命運(yùn)，五號(hào)特工組又一次團(tuán)聚，高寒和馬云飛這一對(duì)戀人卻成為了陌路。