1940年抗日戰(zhàn)爭(zhēng)相持階段，日軍為加速侵略中國秘密策劃細(xì)菌戰(zhàn)。南京大屠殺幸存者醫(yī)生金深水，在日軍設(shè)立的桃花鎮(zhèn)保甲模范區(qū)意外營救生化專家白大怡，由此揭開日軍以人體進(jìn)行細(xì)菌武器實(shí)驗(yàn)的血腥真相。在黨組織指導(dǎo)下，金深水周旋于日軍情報(bào)機(jī)構(gòu)與偽政權(quán)之間展開生死潛伏，期間遭遇殘酷的腦控藥物實(shí)驗(yàn)等反人類罪證。女醫(yī)生林嬰嬰因家族慘遭日軍屠戮而投身抗日，與金深水結(jié)成生死同盟。兩人聯(lián)手新四軍及地方游擊隊(duì)，在付出重大犧牲后摧毀桃花鎮(zhèn)所有實(shí)驗(yàn)設(shè)施，終結(jié)日軍731部隊(duì)在此地的生物武器研發(fā)計(jì)劃，并通過獲取的罪證向國際社會(huì)揭露了侵華日軍實(shí)施細(xì)菌戰(zhàn)的暴行。金深水歷經(jīng)血火考驗(yàn)，最終完成從普通愛國青年到堅(jiān)定共產(chǎn)主義戰(zhàn)士的蛻變。