厂里出现了严重的泄密情况，我安全部门派遣老侦察员马维康以保卫处长身份来到851厂进行调查。就在马维康对厂里一系列可疑现象着手侦破的时候，疑点最大的技术员宁福强突然暴病身亡，侦察几乎陷入僵局……

王凯爱上了苏菲并向她求婚，间谍组织认为这是了解和窃取851厂核心机密的绝好机会，遂命令苏菲顺水推舟嫁给王凯。

苏菲对王凯毫无感情可言，但慑于间谍组织的威胁，最终同意与王凯结婚。

间谍组织在王凯的假肢中放置了微型窃听器，每隔一天，苏菲就要在王凯熟睡的时候将藏在假肢里的窃听介质进行更换。同住干部楼的张平凉发现了王凯家半夜三更规律性的灯光，起了疑心，向马维康做了汇报。

技术员魏生宽家在农村，心眼比较狭窄，他热恋着女技术员李向真并急着要跟她结婚。但小布尔乔亚气质的李向真却移情别恋，崇拜并爱上了总工程师张平凉。她把对张平凉的爱慕之情都写在日记里，与她同屋的苏菲偷看了她的日记，深谙她的内心世界。

张平凉的妻子耿秀丽是舞蹈演员，一直在上海工作，组织上照顾夫妻关系，新近把她调到851厂工会工作。改行的耿秀丽非常失落，中年的危机和瞒着丈夫多次流产引起的不育也给她带来恐慌。苏菲想起在四年前与耿秀丽见过面，那正好是耿秀丽到一个小诊所做人流的日子，而苏菲那天正巧也在那个小诊所生下了儿子小乐…… 这一发现令她大惊失色。

特务组织认为耿秀丽的存在对苏菲是巨大威胁，派潜伏在钟表店的老杜在耿秀丽爱吃的花生牛轧糖中调换了杏仁，使患有对杏仁极度过敏的耿秀丽在吃糖之后窒息身亡。与此同时，他们在厂内施放烟幕，把间谍的疑点散布在耿秀丽身上，从而保护苏菲的潜伏，分散张平凉对于正在加紧试制的海军核潜艇“鲨鱼一号”低噪音推进器的精力，把水搅浑，拖延试制的时间。

觉得事出蹊窍的张平凉对妻子进行了尸检，证实是死于杏仁过敏……就在此时，李瑞生指示已经被收买的魏生宽将张平凉和技术员李向真暗中有染的谣言传遍 851厂，甚至伪造群众的举报信告到了兵工局。而大扫除时，有人正好在李向真宿舍后窗的草地上，发现了缓解气管痉挛的气雾剂的瓶子，使得李向真在耿秀丽之死的案件中陷入百口莫辩的境地。在舆论的压力下，单纯脆弱的李向真选择了自杀，却被人发现救活。张平凉在受到怀疑和审查的过程中，始终保持冷静的头脑，他深知这股阴风的矛头并不止针对自己的私生活，而是针对自己领导试制的鲨鱼一号。他根据蔡局长的指示，将计就计，给间谍组织造成错觉。

魏生宽获得了关于851厂试制的“鲨鱼一号”起运时间的情报，但我安全部门早已察觉敌人的阴谋，张平凉和马维康根据兵工局的密令提前了运送计划并指派有重大嫌疑的魏生宽参加押运。魏生宽非常惊惶，临出发之前将计划改变通知了苏菲。苏菲立刻通知了李瑞生。果然，当天深夜，运送部件的车队遇到袭击。敌特卸磨杀驴，将魏生宽冷枪击毙。

我方的掉包之计不但保证了三军联合演习的成功，也使得李瑞生等人迅速露出马脚。情知大事不好的苏菲，偷偷进城去见李瑞生，却发现李瑞生已经死在自己的家里……