1928年，身为伪满洲国日本翻译的伊丹英彦（仲村亨）离开中国情人丁慧（章子怡），返回日本。数年后，他再次来到上海，却已成为一名高级特务。此时的丁慧加入了地下抗日组织，并与组织首领谢明（冯远征）相爱。
抗日组织前往火车站，准备接应从外地请来的刺杀日本情报人员山本的杀手，却在混乱中将小职员司徒（刘烨）误认成目标。丁慧错手杀死了司徒的女友依玲（李冰冰），而司徒则被伊丹英彦抓走。经历一连串令人费解的遭遇后，司徒获释，并发誓要为依玲报仇。
丁慧与伊丹英彦重新相遇，成为两股势力彼此设局、争相利用的重要棋子。与此同时，她也因误杀无辜而饱受内心煎熬。一次在日本会所举行的舞会上，伊丹英彦告诉丁慧，山本和谢明都已经死亡。丁慧震惊之下正准备刺杀伊丹英彦，司徒却手持枪支闯入了舞会。
