1945年缅甸腊戎拉卡山谷，暴雨倾盆，电闪雷鸣。一队日本兵正穷追不舍地追赶着军统重庆特工欧孝安（黄景瑜饰）及其五名同伴。他们身着日军制服仓皇逃窜，枪声中不断有人倒下。一名负伤的同伴在临终前将写有暗号9548的布贴塞给欧孝安，叮嘱他务必牢记。与此同时，中国远征军与美军正在山谷中清剿日军。一名美军士兵不慎踩中地雷，远征军士兵迅速用军刀切开他的靴底，以石块压住地雷。就在美军士兵刚松一口气时，埋伏在丛林中的日军突然开火，引爆了地雷。双方展开激烈交火，狡猾的日军将盟军引至雷区，引爆预先埋设的地雷，企图同归于尽。

中国远征军38师军医覃墨卿（辛芷蕾饰）闻讯率队赶来，面对惨烈的战场立即展开救援。她优先为中国伤员包扎，引发美军士兵不满。一名情绪激动的美军士兵拔枪相向，覃墨卿沉着劝解。这时，丛林深处传来异响，众人发现是一群缅甸妇女。覃墨卿敏锐地注意到日军水壶，顺着妇女指引，在泥泞中发现昏迷的欧孝安。美军士兵欲将其击毙，覃墨卿以"不杀俘虏"为由阻拦。担心军法处置的美军只得作罢，而覃墨卿也暂时将欧孝安留在了水塘边。

入夜后，美军为清剿日军基地举行庆功宴。驻缅美军翻译官卡尔热情邀请覃墨卿共舞，却耍赖未兑现承诺的盘尼西林。覃墨卿机智调换钥匙，潜入仓库盗取药品，同时拍摄生化档案时被当场抓获。远征军参谋杜国伦当众训斥她，私下却质问她真实身份。覃墨卿亮明军统身份要求联系重庆，杜国伦冷笑着警告她遵守军纪，别以为军统身份就能为所欲为。

美军营地突发士兵死亡事件，医务室郑医生惶恐不安。覃墨卿检查发现死者全身红疹，赶来的卡尔不问青红皂白就要问责。她沉着建议先查死因，怀疑是病毒感染，联想到昨夜遇到的缅甸妇女。这时卡尔突然发病，却仍叫嚣着要中方负责。覃墨卿果断实施隔离，带队寻找那些妇女。在李婶家发现尸体后，得知她们饮用了拉卡山谷的水。众人急忙返回寻找欧孝安，发现他奇迹生还，覃墨卿不顾反对将他带回军营，检查发现其体内竟有日军特制子弹。

杜国伦闻讯赶来斥责，覃墨卿反唇相讥提醒勿忘日军细菌战。血液检测证实欧孝安感染病毒却无红疹症状。当覃墨卿冒险抽血制备血清时被郑医生阻拦，她只得将情报分别传送给中共地下党来骏升和军统文一山。

军统紧急会议上，代站长魏清明对文一山越级上报大为光火，强调大桥和野案是自己功劳，指派技术处冯毓年赴缅调查，并警告众人不得暗中行事。会后他密令毛仁兴监视覃墨卿，秘书处苗江提议尽快销毁"落樱计划"毒气弹，魏清明却暗示戴笠欲用其对付中共。

美军营地疫情扩散，覃墨卿也不幸感染。危急时刻她再次找到欧孝安抽血，意外发现他神志不清地念叨着"810"，这才确认他是同胞。与此同时，中共秘密情报站"罗裳旗袍店"内，汪秋水（董璇饰）闭店后陷入沉思，怀疑大桥和野未死。她确认安插在军统的"叶草同志"覃墨卿传回的情报，证实日本"远东计划"仍在继续，决定抢先军统找到生化基地。

暗处的大桥和野正进行着生化实验，得知欧孝安获救后勃然大怒，誓要让远征军见识"810"的威力。康复后的覃墨卿发现毛仁兴前来监视，冷淡以对。她紧急与郑医生商议制备血清，却发现欧孝安已神秘失踪。