1939年，东北辽河泛滥、南满遭灾，饿殍遍地。逃荒途中，生命垂危的姐弟俩关雪（杨幂 饰）和关凯被仗义出手的宋卓武（秦昊 饰）一力救下。两天后，土匪杀人抢粮，将三人冲散，三人从此生死天各一方，杳无音讯。
六年后，1945年，哈尔滨已是伪满的天下。关雪，现已摇身一变成为警察厅特务科科长。这一天，她突然接到当年参与杀害卓武的暴民的消息。赶到之时，暴民正与另一个浑身是血的小巡警殊死一搏。关雪这才猛然发现，眼前的这名小巡警竟是“死而复生的卓武！
当关雪喊着卓武的名字，小巡警宋卓文（秦昊 饰）才意识到，眼前的特务头子，竟阴差阳错地将自己认成了那个失散多年的双胞胎哥哥。惊喜交加的关雪赶紧把卓文接了回去，诚邀他加入特务科
一切来得惊喜又突然。原来，卓文是哈尔滨一名中共地下党员，党组织一直在寻找打入伪满特务机构的机会。眼前似乎正是一个好机会！但兄弟俩虽然相貌一致，却性格迥异：一文一武，卓文心思缜密、冷静睿智；卓武性格豪放、身手了得。更何况，他也丝毫不了解卓武与关雪的过往。
在党组织的准许下，卓文决定兵行险着，将错就错，以卓武的身份潜伏进入特务科。可关雪已不是曾经稚嫩的少女，多年的特工训练，使她开始步步试探这个“性情大变”的“宋大哥”。而特务科其他人面对眼前这个科长的“关系户”，也纷纷见雀张罗。
当宋卓文使劲浑身解数，终于取得关雪和日本高官的信任之时，警察厅特务科中，突然有人看见另一个长相一样的人，正大摇大摆地走在哈尔滨街头......
