秦宜从南京到这个城市来开会，今天就要回去了。忽然看见电车里站着一个人，正是从前暗害他的特务邵云。
从前邵云是秦宜的学生，暗地里却给日本特务当走狗，他假装爱国骗得了秦宜的信任，把学校党组织都出卖了。秦宜今天一见他，眼睛都急红了，立刻跳上一辆三轮去追电车。
一直过了两站才追上电车。可是他挤进车里，找遍了整个车厢也没有邵云的影子。他又着急又懊恼，决定到公安局去报告这件事。公安局的侦查科长李健会见了他。秦宜把邵云过去的罪恶和今天的事情详细讲了一编，李健很注意地听着，偶尔也提一两个问题，最后请秦宜把讲的这些都写下来。
李健把追查邵云这件事交给助手孙伟去办，嘱咐他仔细研究邵云的乘车路线，从这里找线索。又因邵云过去在上海，便叫他写信到上海公安局去查查有没有邵云的档案。李健刚向孙伟交代完任务，就接到三五九厂的电话，原来在这同时又发生了一个案件。
三五九厂是在郊区的一个军工厂。发生了这么一件事：工厂在前一天快下班的时候，总工程师把一份号图纸交给保密员叶承龙。叶承龙把图纸放到保密室的保险柜里，锁好后又检查了一遍，看看确实没差错，才把钥匙放到上衣口袋里，拉上口袋上的拉锁。
第二天清早，总工程师要号图纸，便到保密室去找叶承龙。叶承龙不在保密室，他让工务员到宿舍去找。工务员到叶承龙宿舍门口喊了一声，里边没有回话，他开门一看，叶承龙死在床上了！
工务员一口气跑到人事科报告了科长张农。张农带着一个警卫到叶承龙的宿舍，看见桌上放着一封未写完的信，好像是因失恋自杀了。他又摸叶承龙的口袋，钥匙还在里边，便把钥匙拿出来。
他赶紧来到保密室。保密室什么都没有变样，不像有人进来过，张农打开保险柜一检查，什么都不少，只是号图纸不见了。警卫在地上拾到一张纸，打开一看，是一张丽华鞋店开给一个姓刘的发票，他连忙递给张农。张农回到办公室便先去见厂长，厂长听说号图纸丢了，很着急，让张农赶紧打电话通知公安局。
张农把平日和叶承龙最接近的李凡、阎定国找到人事科，他们俩已经听说叶承龙自杀的事了。李凡是个青年工人，去年才初中毕业，他爸爸是老工人，也在这厂里。李凡是喜欢活动的人，他爱下棋，他和叶承龙就是因为下棋才接近起来的。阎定国是个技术员，厂里都认为他是个好干部，说他工作积极又能关心群众。他和叶承龙很要好，叶承龙的女朋友就是他给介绍的。
张农和他们俩谈过话以后，没得出什么线索，他认为李凡历史简单，工作没经验，便嘱咐阎定国留心调查这件事。侦查科长李健来到三五九厂后先去见厂长，厂长把发现保密员自杀的经过和李健谈了一遍，便派人去请张农到厂长室来。张农和李健是老朋友，从前在一起打过游击，两人见面很高兴。他们简单叙述一下别后情况，便一同到现场去。
张农陪着李健来到叶承龙的宿舍，一切都还保留原样，叶承龙侧头躺在床上，从他脸上表现看，显然死得很痛苦。李健给尸体拍了照片，在观察整个房间时，他注意到桌上放着一个葡萄酒瓶和一只玻璃杯，他仔细地看了酒瓶和杯子以后也拍了照片。
张农从桌上拿起一封没写完的信递给李健，这是叶承龙给他的女朋友写的。李健一边看一边思索，认定这件事是很复杂的。李健看完信后又仔细检查了一遍屋子，在桌子下看见几颗炸蚕豆壳，便用镊子夹起来看看，后来用玻璃纸包好放在口袋里了。他们又在宿舍周围检查，在离宿舍很远的靠墙根的草丛里，发现一只打破的玻璃酒杯，碴口还是新的，还有一张旧账纸，上边沾满油渍，李健把它捡起来。
在往保密室去的路上，张农把在保密室拾到的那张发票交给李健。他告诉李健这张发票是很重要的线索，保密室是没有人能进去的。保密室不大，向外的窗子镶有铁栏杆，罪犯不能从窗子出入；向着楼内的小窗和门也没破坏，看来罪犯不但路熟，而且有开门和开保险柜的钥匙。
在保密室什么也没发现，他们又到工厂四周检查一遍，看到这里没有到外边去的通路。李健告诉张农，偷图纸的是从正门出去的。罪犯在事前做了很周密的安排。回到张农的办公室，李健把拾到的东西看了一遍，那个破酒杯和叶承龙屋里的酒杯完全一样，叶承龙死前一定有人在他屋里和他喝过酒。
李健考虑了一会儿，又向张农了解谁和叶承龙常接近。他请张农把李凡、阎定国的档案拿给他带回去看看，并且告诉张农要多方面调查。李健一回到局里便连夜研究材料，指纹鉴定证明酒杯上的指纹是叶承龙的，酒瓶上的指纹看不清楚了，好像拿酒瓶的人怕留下痕迹把指纹擦掉了。
助手把叶承龙的尸体鉴定也送来了，法医认为叶承龙是服一种烈性毒药死的。李健推断叶承龙不是自杀的，他不可能得到这种烈性毒药，那封信是一个假象。李健把带回来的几份档案也看了一遍，他记得叶承龙的对象就是阎定国介绍的这件事，所以特别注意地看了阎定国的档案。
阎定国的档案上写着：他曾被捕，在狱中表现很好，父亲是烈士。舅父抚养他长大，舅父是地下党员秦宜。李健一看秦宜这名字，立刻想起叫他逮捕邵云的那个人。第二天一早，他去找秦宜，但是传达室的人告诉他，秦宜已经回南京去了。李健立刻派人到南京去找秦宜，核对阎定国的历史。
第二天一早，张农来告诉他，发票已调查清楚，厂里技术员刘学文在丽华买双皮鞋，价钱日期都和那张发票上一样，刘学文在图纸被盗后一天还请假出去一次。张农又告诉李健，刘学文是地主家庭出身，参加过三青团，平日表现落后，群众对他印象很坏，这个人很可疑。李健考虑了一会儿，觉得这件事不会这么简单。
李健领张农到屋里拿出指纹和尸体鉴定给他看，告诉他叶承龙不是自杀，是被人谋杀的。张农开始还有些疑惑，听李健这么一说忽然灵机一动，觉得罪犯杀人就是要偷钥匙，并且一定是厂里的人。李健同意这种看法，两人便计划共同加紧侦捕凶手。在公安人员紧张调查的时候，敌人也加紧了活动。这一天，潜逃的大特务石修竹偷入国境，来到这个城市的公园里……
石修竹在喷水池旁看了一会儿，又走上一座石桥，在临近河边的地方，他看见一个小老头儿，正坐在一个长椅上看杂志。这正是要与他联系的人。石修竹凑到老头儿旁边坐下，两人假装不认识。过了一会儿，石修竹低声对老头儿说：“老板问你好，他还要给你请奖呢！”老头儿说：“谢谢！”
正在这时，一个三岁小女孩东倒西歪地跑着，后边紧跟一个白发老太太。石修竹一眼就认出她是从前同院住的杨大妈，他想躲也来不及，便举起老头儿的杂志把脸遮住。杨大妈回头看了一眼，从侧面认出这是特务石修竹。她装作还在追小女孩，赶紧到派出所报告去了。
杨大妈走过去后，小老头儿听说石修竹认识杨大妈，便让他马上离开公园，并且告诉他明天上午十点去三号那里拿那件重要的东西。不一会儿杨大妈领着公安人员来到湖边，石修竹和小老头儿都不见了。杨大妈又恨又气，便把详细情况告诉公安人员。
再说石修竹从三号特务那里拿到东西后，立刻搭上火车来到边境上，企图从这里偷越国界，好把盗窃来的东西送到外国主子面前领赏。这天夜里，一个边防战士正在值勤，猛然听见一声响动。他警觉地巡视周围，看见一束灌木丛像长了腿似的往前挪动。
边防战士机灵一动，用树根和地形隐蔽住，一步一步地往那个怪物跟前凑去。离那个怪物只有十来步光景，战士端着枪跳过去大喝一声，立刻从灌木丛下边爬出一个人，这人正是石修竹。
战士走到他跟前时，他突然向前一扑，只见雪亮匕首一晃，战士便倒下了。这时战士用枪发了一个告急信号。石修竹钻进树林，想从山后小路逃走。这时他发现后边有人追上来，前边也有人堵上来了，就什么也顾不得，隐藏在树后向外打了几枪。我们的战士马上开枪还击，石修竹被打倒了。战士们扑过去一看，他已经死了。
战士们把石修竹抬到指挥所，从他身上搜出40元人民币，又从鞋跟里搜出几张胶片。指挥所把这几张胶片送到司令部，司令部判断这些胶片和某市重要工厂的新产品有关系，便派一个人把这些胶片送到某市公安局去。
三天以后材料和胶片送到李健这里，李健一看胶片兴奋得差点跳起来，原来正是号图纸的底片。他又拿起越境分子死后的照片，立刻就认出是石修竹。李健反复考虑这些胶片是怎么落到石修竹手里的，包胶片那个纸袋是个药袋，上面印着“医院”，却没有吃药人的名字。李健想：怎么会用医院的药袋呢？他们有什么联系？
这时他的助手走来汇报那张旧报纸已经调查到了，工厂附近有一家铺子用这样的纸包货，叶承龙自杀那天阎定国在这家铺子买过一瓶葡萄酒。李健到三五九厂，张农告诉他刘学文已经调查清楚，他那天请假出去看他爱人去了。那张发票他说随便放在桌上，不知道哪儿去了。
李健把助手在小铺调查的情况告诉张农，又问了一些关于阎定目的情况，忽然一个念头跳到他脑子里，石修竹到这里找过谁没有呢？李健到传达室找到看门的老贺，他把石修竹的相片拿给老贺看，老贺说他不认识这个人。李健把会客簿要来翻了一遍，两个月前有个总工会的胡翠英连着两次找阎定国，上面却写着是他表妹，阎定国的社会关系里却没有这么个人。
李健感觉每一条线索都不能忽略，便又回到张农屋里给总工会打了个电话，问有没有胡翠英这个人。总工会回电话说没有这个人，李健觉得很可疑。李健又带着包胶片的药袋，来到医院。医院是医院，石修竹不可能到这里来看病，这个药袋是别人给他的，也可能他拿到胶片时就是用药袋包着的。
李健到院长室正好经过取药处，李健朝取药处窗口望一眼，看见一个梳辫子的女人正在往外递药。他装作去看墙上的宣传画在这里站了一会儿，他想：这样若是传递点什么，不是很方便吗？李健到院长室，把来意告诉院长。院长把看病登记表都拿出来放在桌上。李健反复地考虑着，他又想起取药处那个地方，应该了解一下这个发药的人。他便请院长拿来发药人的档案查看。
李健看了冯霞的履历，又借了一张冯霞的照片，便到三五九厂去了。李健找到三五九厂传达室老贺，把冯霞的相片给他看。老贺认出冯霞就是两个月前来找过阎定国的胡翠英，李健心情开朗起来，他似乎摸到案件的主线了。李健几天都没好好休息了，但是这一天的收获使他很兴奋，他到局长那里把情况汇报了。
泰宜谈的和闷定国档案上都相同，奇怪的是他一第二天，他一到局里便看见去南京找秦宜调查阎定国的孙伟回来了。李健听他汇报了情况，便让孙伟先去休息。李健在屋里走来走去地琢磨着阎定国的问题，他把这些天的经过都想了一遍，觉得自己怀疑的没有错，阎定国一定有问题。这时他的助手一头冲进来报告说冯霞死了，她和那个医学院方教授在一起喝咖啡，一个人先出来，死在半路上了。显然敌人想用断线灭口的方法逃过去。
李健马上把这个意外的消息报告局长，并且讲了自己的意见。局长同意他的看法，李健便去布置工作了。这一天，秦宜又来开会。他来到三五九厂传达室找他的外甥阎定国。原来秦宜一直以为外甥死了，后来听说在这里，便趁开会的机会，特地来看看。阎定国听说秦宜找他来了，吓得魂飞天外，他一时想不出用什么话来推，便说正在忙没工夫见他，就把电话放下了。
传达室老贺从李健对证阎定国表妹相片这件事上，觉察到阎定国大概出什么问题了，现在他不肯见秦宜，更觉得可疑。他便把秦宜送到接待室。他从接待室出来，找出李健留给他的电话号码，给李健打了一个电话。李健正在研究上海公安局转来的邵云的材料，里边有一张邵云七年前的相片。李健一愣，他觉得这张相片很面熟，立刻拿出阎定国的相片一对，高兴得他一下子跳了起来。
正在这时他接到三五九厂老贺的电话。李健告诉老贺留秦宜等一下，吩咐孙伟马上准备好，便往三五九厂去了。秦宜正在会客室等得很心急，门开了，却是公安局那个侦察科长进来了。他不由得一愣，两个人招呼过后，秦宜便问邵云那事的消息。李健拿出阎定国的相片给秦宜，秦宜吃惊地喊了一声“邵云”，现在证实是特务冒名打到我们内部来活动了。李健把经过告诉了秦宜。
再说邵云放下电话就想逃走，可是他刚一出门，孙伟带着两个公安员已经等着他，他逃不掉了。邵云把一切都招认了。原来在日本投降以后，他的特务组织关系就由日本人的手里转到美国特务海克斯手下，在解放前就已经安排好他冒阎定国名义潜伏下来。
他顶着阎定国的名字钻到三五九厂以后，便在保密员叶承龙身上下工夫。他研究了叶承龙的历史，还给叶承龙介绍对象，对象就是冯霞，叶承龙很感激他。叶承龙很细心，钥匙总不离身，邵云想偷号图纸总没办法下手。隐藏在医院的三号冯霞向他传达主人的命令，图纸要马上弄到手。
邵云故意叫“表妹”跟叶承龙打架，叶承龙很苦恼。礼拜天晚间大家都去看戏了，邵云悄悄走到叶承龙宿舍，拿了一瓶酒假意来安慰他。这时叶承龙正在给女朋友写信。邵云和叶承龙一边吃酒，一边提出要借号图纸用一下，并且用叶承龙过去参加过三青团的事来威胁他。叶承龙大吃一惊，这才明白邵云为什么对他这样好，他一口就拒绝了。
叶承龙因为没向组织交代这段历史，最怕人提这件事。邵云看他害怕了就更威胁他。叶承龙心里斗争了一会儿，决定错误不能再犯下去了。叶承龙站起来要走，邵云一把抓住他哈哈大笑起来，说这是组织上让他来试试叶承龙的忠心。叶承龙被他弄糊涂了，便一赌气站到了窗前。
邵云把手往叶承龙酒杯上挥了一下，便去拉叶承龙再来喝酒。叶承龙经不住劝，拿起酒杯一口喝下去，半个钟头后便死在床上了。邵云拿了钥匙打开保险柜，取出图纸，这一切他都是带着手套做的，什么痕迹都留不下。他又把早准备好的刘学文的发票丢到地上。
从保险室出来，他又回到叶承龙宿舍，把钥匙放到叶承龙口袋里，把自己喝过的酒杯也拿掉，就悄悄走掉了。号图纸就这样到了医学院教授方仲敏手里。他是隐藏在医学院的大特务头子，也就是在公园与石修竹联系的小老头儿。他把图纸照了相，当天就传给石修竹送到外国去。
方仲敏又在咖啡馆里把冯霞毒死，以为这回灭了口没有人能暴露他，没想到我们公安机关老早就注意他了。方仲敏还想狡辩，他装作镇静的样子，竭力说自己是好人。但是李健早已看出他的手在微微地颤抖着。李健看他还想要赖，知道不揭穿他一下他不肯老实，就把与他从年开始就有了关系的美国大特务海克斯的名字说出来，并且把他们合照的相片拿了出来。
方仲敏一看他的皮已被揭穿，便痛哭流涕地把他过去的历史都说了出来，说得很详细，似乎要用坦白争取宽大。当他讲完时还偷偷瞅了李健一眼，看看李健什么反应。方仲敏讲了半天也没说到他现在的活动。李健知道他想用坦白来掩盖现在的罪行，便直接问他号图纸的事。方仲敏慌慌张张说不出来。
李健已经派人搜了方仲敏的家，估计图纸应该在他身上，后来看他拄着手杖的情况，便识破了他的诡计。李健走上前猛然拿走方仲敏手里那根白手杖。方仲敏一下子跳起来，这时李健已经卸下了手杖下端的铁包头，从空心里取出卷成一小卷的图纸，正是那份号图纸。
方仲敏双手紧紧捧着头呆坐在那儿，眼里露出绝望与恐惧，他感到自己就像从半空中被扔下一样。李健按了一下铃。
门开了，进来两个公安员，方仲敏在昏迷中只听见李健威严地喊道“把他带下去！”