抗戰初期，國民黨要員紛紛投敵叛變。軍統上海站站長侯坤的投敵，導致上海站幾乎全軍覆沒。日偽氣焰十分囂張。軍統高層指派顧雪峰(李竹 飾)為新任軍統上海站站長，赴上海組建代號“十三釵”的女子別動隊，以完成抗日鋤奸的特殊任務。十三釵中的大部分成員早先已安插在上海，以各種職業身份作為掩護，她們相繼被喚醒，只有十三釵一號人物始終未能找到。共產黨員郭春光(李超 飾)受中共地下組織指派，在鋤殺漢奸和搜集情報的過程中，他與十三釵建立了聯系。他救下了軍統上海站副站長萬木林(王慶祥 飾)，從而取得了軍統的信任。郭春光利用牙醫身份做掩護，憑借自己的勇敢和智慧，和十三釵并肩戰斗，多次出手援救十三釵。十三釵行動隊長李鳳凰(韓雪 飾)身手不凡，率直潑辣，率領眾姐妹縱橫上海灘，令日偽聞風喪膽。隨著行動的展開，郭春光發現日軍的“蒲公英計劃”疑云重重；鋤奸對象大漢奸鄒博庵與顧雪峰是師生關系，兩人斗法難分勝負；遲遲不曾出現的十三釵一號人物，很可能就是上海第一交際花，武田(張光北 飾)正治的座上客徐子晏(徐百卉 飾)，她極為低調神秘，不知道擔負怎樣的使命，郭春光決定一路跟隨下去理清所有謎團。