1945年缅甸腊戌拉卡山谷,雷雨交加的夜晚,日本兵正追捕军统重庆特工欧孝安(黄景瑜饰)等六人。他们身着日本军服,在逃跑过程中有人中枪身亡,受伤的同伴将暗号9548的布贴交给欧孝安,叮嘱他务必牢记。中国远征军与美军在山谷清剿日军,一名美军士兵不慎踩中地雷,远征军士兵帮忙切开鞋底并用石头压住,美军士兵刚松了口气,却遭到丛林中日军的伏击,导致地雷爆炸。双方展开激烈枪战,日军将他们引诱至雷区,引爆事先埋好的地雷,企图与远征军同归于尽。
中国远征军38师军医覃墨卿(辛芷蕾饰)等人闻讯赶来,见现场伤亡惨烈,立即展开救治。她先为中国战友包扎伤口,美军士兵对此不满,认为应先救治美国人。双方发生争执,美军士兵拔枪指向中国士兵,覃墨卿劝其冷静。此时不远处丛林传来声响,他们发现是一群缅甸妇女。覃墨卿注意到日军水壶,顺着缅甸妇女所指方向,发现了昏迷的欧孝安。美军士兵欲枪杀欧孝安,以为他是日军,覃墨卿出面阻止,认为不应杀害俘虏。美军士兵担心被告上军事法庭只得作罢,覃墨卿也未理会欧孝安,任其躺在水塘边。
夜晚,美军因清剿缅甸日军基地而庆祝,驻缅美军翻译官卡尔邀请覃墨卿喝酒跳舞。卡尔未按约定给覃墨卿盘尼西林,覃墨卿趁其不备调换钥匙,潜入仓库偷走盘尼西林,并趁机对生化医疗档案拍照,却被美军士兵当场抓获。远征军参谋杜国伦当着美军士兵的面批评她,私下却质疑她的身份,问她为谁工作。覃墨卿让他联系重庆,表明自己是军统重庆站的人。杜国伦冷笑,警告覃墨卿在38师须守规矩,不会因她是军统的人就允许其为所欲为。
美军营地有士兵发病死亡,医务室郑医生担心被追责。覃墨卿发现死者全身红疹,卡尔闻讯赶来指责郑医生医死了美军士兵。覃墨卿劝其冷静,认为应先查明死因,她怀疑美军士兵感染了病毒,并想起昨晚见过的缅甸妇女。卡尔突然发病,全身出现红疹,却仍叫嚣要中方负责。覃墨卿将其隔离,并带人寻找昨晚的缅甸妇女。他们赶到李婶家,发现那名妇女已死亡,得知她们曾饮用拉卡山谷的水,怀疑水源有毒。他们急忙去找欧孝安,想了解情况,发现他还活着,覃墨卿便擅自决定将他带回军营,并发现他身中日军子弹。
杜国伦得知后,认为覃墨卿胡闹,覃墨卿提醒他不要忘记日军的细菌战。欧孝安的血液检查结果证实其感染病毒,但他并未出现红疹症状。覃墨卿试图抽血制作血清,被郑医生阻拦,她只好先将情报发送给中共地下党来骏升,同时也发给了军统的文一山。
军统召集会议,重庆站代站长魏清明对文一山越级上报不满,他强调当年大桥和野是由自己派人剿灭的,并命令技术处冯毓年派人前往缅甸跟进。他故意当众强调,不许任何人在背后搞小动作。会后,魏清明派毛仁兴盯紧覃墨卿,知道她是文一山的人。秘书处苗江认为“落樱计划”的毒气弹威力巨大,应尽快找到并销毁。魏清明向她暗示,戴笠意图找到毒气弹用以对付中共地下党。
美军军营陆续有人感染,覃墨卿也被传染。她不得已再次找欧孝安抽血,发现他神志模糊中念叨着“810”,由此认出他是中国人。中共秘密情报站罗裳旗袍店内,汪秋水(董璇饰)送走顾客后关门歇业,她怀疑大桥和野并未死亡,而他们安插的覃墨卿——代号“叶草”的同志——传回的信息,印证了日本远东计划的延续。他们决定抢先于军统找到日军的生化基地。
大桥和野正在秘密进行生化实验,得知欧孝安被远征军所救,担心其泄露“810计划”,决定让他们感受一下“810”的威力。覃墨卿醒来后发现自己症状消失,看到被派来跟进的毛仁兴,面露嫌恶不愿理会。她急忙与郑医生商议,建议立即用欧孝安的血液制作血清,却发现欧孝安已不见踪影。