1940年，潜伏在天津担任汪伪政权天津特务委员主任的我党地下工作者沈西林，与组织失去联系而孤立，但他从未放弃自身信仰，寻找契机获取情报。同时，原天津的中统特务、训练科科长老谭化身为天津法租界巡捕房的班头，伺机取得情报。中共地下组织的老周培养韩子生——已故共产党员韩培均的养子。老周利用子生在电话局工作的条件，为父报仇的急切心理，对其训练，伺机传递情报。狠毒狡猾的日军侵华情报机关的头目武田弘一，则不惜一切地摧毁中共地下组织。天津上演了一幕幕惊心动魄的情报战。沈西林利用特殊身份，取得日军印制假钞、零式战斗机图纸，扫荡计划等情报，通过子生传递给我党。胜利前夕，中统与日本宪兵勾结，计划摧毁我地下情报网。沈西林得到情报，子生传给老周，老周精心布置，粉碎了敌人的阴谋。沈西林被捕押往北平。
拍摄期间，突然来的降温让每个人都措手不及，袁泉见现场有的工作人员穿着单薄，袁泉都会主动上前提醒注意添衣，并劝他们尽量早点回去休息。天气十分炎热，剧组的演员却还穿着厚厚的戏服，全心投入演戏，力求给每场戏以最好的呈现。剧中，黄渤一改搞笑戏路变身“高富帅”沈西林，钱多到一把把地洒，形象如此颠覆，黄渤本人也颇为受用，直言自己是“有钱，不任性”。袁泉也是颇为百变，她不仅是一名女教师，随后还变身舞女，其实，她还是一名女间谍，用黄渤的话说，袁泉这个角色是集书卷、红尘和两面派于一身。
黄渤透露袁泉参演也是自己跟制片人请求来的。袁泉在剧中饰演的角色则集教师、舞女、间谍于一身，又与黄渤饰演的卧底不乏亲密戏。袁泉透露，这两个人物的情感比较复杂，不是像正常情侣那样，有很多对立和对抗在里面。潘之琳称，虽然以前也演过一些打戏，使用枪械却是头一回，刚开始的时候，开枪很容易眨眼，而眨眼呈现出来的视觉效果就不好看了，拍戏之余，潘之琳苦练枪法，并成功地在短时间里攻克了开枪眨眼的难题。
