日本宪兵队特高科从英国谍报机关军情六处手中截获的一份情报关系到日军北进还是南进的动向，最高机密怎会这么快落入他人手中？东京的日军高层得出一个可怕的结论：上海的日军军官中有一个情报泄密的“出口”。反间谍专家风间久彦迅速受命来到上海，捣毁了军情六处与代号“花粉”的情报联络渠道。军情六处上海站负责人休伯特分析情报联络渠道所以被毁，很可能自己内部出现了鼹鼠，即内奸，他立刻决定暂停军情六处在上海的所有谍报活动，启用自己的养女。寓居香港的著名电影演员于堇刚参加完一部电影的首映式回家，突然有陌生人到访，要求于堇立即前往上海出演话剧《狐步上海》。原来于堇即是休伯特的养女，于堇受过一定的间谍训练，但因为她从未执行过任务，从而成为军情六处里最干净的谍报人员。于堇一到上海休伯特即安排她入住国际饭店，并交待她在接到新任务前不得跟内部任何人联系，只管演戏。《狐步上海》的导演谭呐原来是于堇六年前的恋人，而于堇出演《狐步上海》正是顶替了他现任女友白云裳的位置，白云裳醋意大发，不禁让谭呐心烦意乱。于堇和谭呐在剧场第一次相见，两人表面看似平淡冷静，其实都对那段恋情未曾释怀。于堇的丈夫倪则仁意外被捕，于堇前去宪兵队看望，殊不知这正是休伯特的安排，军情六处正是用这种方式和“花粉”交接情报。于堇当年与谭呐分手后心灰意冷，在养父休伯特的有意安排下加入了英国情报六处，一年后与商业巨子倪则仁结为夫妻。于堇与倪则仁夫妻关系本就淡薄，但军情六处这样利用丈夫还是让于堇感到不满，休伯特要求于堇作为一名间谍关键情况下必须做出牺牲，于堇被迫接受。而谭呐也并不是一名单纯的导演，他其实是名军统情报员。谭呐一开始就注意到于堇行动异常，军统一直在找的“花粉”情报终于在于堇这儿有了线索，谭呐得知于堇刚从“花粉”那儿拿到一份日本外交密码本，告诉于堇他们手上也有一份八路军刚刚从战场上缴获的密码本，坦言愿与于堇合作，共享情报，休伯特觉得可行，指示于堇和谭呐合作。倪则仁的死给于堇巨大打击，她这才认识到倪则仁对自己的一片真心。于堇立意要和休伯特挖出军情六处内部的鼹鼠，他们把怀疑的矛头指向休伯特的助手彼得，休伯特测试内部鼹鼠欲挖出彼得，却不料惹火烧身自己反被免去职务，彼得接任军情六处上海站站长。休伯特和谭呐为争夺“花粉”情报渠道产生冲突，休伯特掌握到谭呐曾经涉嫌杀死一位中共叛逃到国民党的高官，要于堇利用这点要挟谭呐交出情报渠道，谭呐的一番话打动了于堇，于堇这时才知道哥哥于楠战死沙场的消息，于堇的民族心被深深唤醒，没有将谭呐的事向军统告发。谭呐此时骤然遭遇危机，他其实是一名中共谍报人员，现在他的中共身份已被军统怀疑，谭呐被押赴重庆审查，路上于堇救出谭呐，于堇要求军统解除对谭呐的追杀令，声称军情六处只愿和谭呐在“花粉”情报上合作。谭呐已做出牺牲准备要于堇拿到情报后一定要发往延安，于堇默然会意。原来谭呐以森田做筹码诱使风间出来那酱包和他交易，其实酱包里的情报事先已被森田的话务员女友装到了风间的汽车下面。交接地点森田正自杀身亡，风间发现上当马上追拿于堇，谭呐却为掩护于堇壮烈牺牲，于堇顺利拿到情报逃离。风间久彦立即反应中了于堇的掉包计，疯狂追赶已不见的于堇。于堇回到国际饭店，风间持枪站在门口，房内于堇迅速销毁藏在这里的密码本，然后镇定地拉开了窗帘，站在窗口飞身跃下。于堇用狐步舞发出的最后一份“花粉”情报，发往了延安、重庆和伦敦。苏军立即展开战略西移，调整了作战部署，中国共产党抢得时间，营救了大批在香港等地的文化、民主人士。1941年12月8日，珍珠港遭到了日本海军机群的大规模袭击，太平洋战争如期爆发。白云裳来到墓地，谭呐、于堇两人的墓碑紧紧挨在一起，她给两人献上鲜花。该片群星云集主演分别为香港著名演员谢君豪，白云裳由出演过记忆之城的实力新人赵子惠出演。