向亦鹏(李光洁 饰)从山田处获悉，“军刀计划”中最重要的一项就是生化武器的研究——目前研究的是一种叫“鼻疽”的病毒，此种病毒已经灭绝，但是日本人组织一些科学家令它复活，这种病毒可以导致人的四肢永久性溃烂，这也就是日本人要插进中国心脏的“军刀”。参与“军刀计划”的中方雇员刘天辰携带“军刀计划”的核心文本潜逃，并欲将文本交给国民党，中共上海地下党组织明天午夜派人营救向亦鹏，欲抢先获取“军刀计划”。
在阎天(廖凡 饰)暗中的帮助下，余铭真(尹媗 饰)等人救出向亦鹏，与此同时，被日军军部关押的芥川伪装自杀，趁着夜色也携林璇(秦海璐 饰)逃出，日军驻沪军部上级竹中震怒，命令山田三日内找到芥川的下落。
芥川的潜逃又危及到山田的身份，组织上决定让向亦鹏立即恢复工作，开始着手寻找芥川，以除后患。游闲海(傅亨 饰)摆脱方孝(孙逊 饰)的控制，找到余铭真，提出要参加地下党的锄奸行动。
林璇佯装思念向亦鹏而神志不清，令芥川放松了对她的警惕。芥川到赌场找到方孝，两人企图在一个居酒屋会合，被跟踪他的游闲海发现行迹，报告给向亦鹏和余铭真。向亦鹏发现了芥川和林璇的藏匿地点，就在芥川用枪威胁向亦鹏的时候，林璇挺身而出，趁向亦鹏迟疑，芥川伺机带着林璇离开。