1928年，偽滿洲國的日本翻譯伊丹英彥（仲村亨）離開中國情人丁慧（章子怡）返回日本，數年后他再回中國來到上海時，變身高級特務。而此時丁慧已成為地下抗日組織的成員，并與該組織首領謝明（馮遠征）相愛。抗日組織去火車站接從外地聘請的暗殺日本情報人員山本的殺手時，誤認其為小職員司徒（劉燁），混亂中，丁慧殺死司徒女友依玲（李冰冰），司徒則被伊丹英彥抓獲。 對一系列遭遇無比迷惑的司徒被釋放后，發誓要為依玲報仇。丁慧與伊丹英彥重逢，成為兩股勢力互相設局要利用的重要棋子，她本人正為誤殺無辜飽受內心折磨。某個日本會所舉辦的舞會上，伊丹英彥告訴丁慧山本與謝明均已死，丁慧震驚想刺殺伊丹英彥之際，司徒持槍闖進舞會。
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