悬崖之上，稍有不慎，便是粉身碎骨。
这是“九一八”事变之后，共产党情报人员与“伪满”哈尔滨特别警察厅特务科一次暗流涌动的斗争。
四名共产党情报人员从苏联而来，跳伞降落在东北雪原。他们分别是张宪臣王郁夫妇，楚良小兰夫妇（或者是情侣）。他们此行的目的是执行“乌特拉行动”，目的是接到从日本的秘密杀人场成功越狱的王子阳，让他在国际社会面前揭露日本人的罪行。
为了确保任务能够顺利执行，最大程度保证人员安全。他们兵分两路前往目的地接头，王郁楚良一组，张宪臣小兰一组。
与此同时，“伪满”特务科已经将此次任务的秘密撕开了一个裂口。任务的知情人，共党人士谢子荣被捕叛变，交代了行动的接头时间和接头暗号。
与两组接头的人自然已被换成了特务。
张宪臣所在的一组接头后，经验丰富的张宪臣用一个虚假的同志名字试探出接头人是特务。他们利用小兰藏起的手枪，二人配合将接头的两个特务打死并在特务科的大规模搜捕中脱身。但由于没有电台，一组无法通知二组接头人已是特务一事。
与王郁所在的二组接头的是特务周乙和鲁明，但他们并没有被识破。
在特务科的监视下，四位情报人员都踏上了同一列火车。张宪臣在厕所留下暗号提醒同志这一危险处境，虽然暗号被修改但仍被王郁发现并理解。但由于特务监视，王郁无法告知楚良。
火车上，经验不足的楚良难以抑制思念，多次偷看小兰，被特务发现并拉走小兰单独盘问。楚良按捺不住，主动找到“同志”要求营救小兰，使得小兰暴露。
王郁为了保护一组，以不安全为由拉着楚良和两名特务换了下一趟车。到达后二人被安排在一间旧洋楼，24小时被特务严密监视。
张宪臣在火车隔间营救出小兰，换掉车票逃过检查，一组二人在惊险中摆脱监视成功逃脱，后顺利会合。他们用密码与组织联系，得知密码破译要用到《梅兰芳访美记》这本书。
与此同时，特务也从楚良的衣兜发现了这本书，开始在书店严密监视。
张宪臣在书店偷走书，被特务追杀，刚刚逃脱后，却又因为在街上看到貌似自己走丢孩子的小男孩，耽误时间，又一次被特务追上，不幸被捕，但没有透露半点真相。
特务通过张宪臣逃走时坐的汽车得知了一组的住处，被机警的小兰发现，小兰成功逃走。
周乙偷偷塞给张宪臣一个曲别针，张打开手铐，周乙帮助张宪臣转移到轿车上，即将逃跑时，特务科发现张的逃跑开始严守门禁。张自知身体状况时日不多，逃跑没有意义，便把任务情况和找失散的孩子的事交代给卧底周乙，开着特务金志德的车慷慨赴死，但仍被抢救回来，再次被捕。在迷幻剂的作用下，他说出了和小兰的接头方式“亚细亚电影院，二四六头尾”。
特务科开始严密监视亚细亚电影院。
周乙冒险找到上级，拿到了和二组接头的暗号。
王郁食物中毒，在医院故意吐到金志德身上，借金志德去清洗之际告知楚良周围人是特务。周乙找到二组，说出了一组目前的处境和接下来的行动计划：拖住敌人。
周乙和金志德在监视亚细亚电影院时，周乙故意留下暗号让金志德发现，并借口车坏了，坐金志德的车回去，路上偷偷把《梅兰芳访美记》塞入车座夹层。
前来接头的小兰发现了暗号，没有选择头尾的票，而是买了中午的票。
旧洋房里，特务给楚良王郁的咖啡下了药，但饭后，王郁和鲁明真晕，楚良假晕。周乙借此机会把逃脱计划的细节告知楚良。逃脱计划的细节是：到罗马尼亚大使馆，借大使夫人生日宴会人会很多的契机逃离。
到达罗马尼亚大使馆后，鲁明害怕二组逃脱，一直跟着二人。眼看无法逃脱，王郁决定独自进大使馆，鲁明发觉不对，闯入大使馆跟踪王郁而去，后抢到汽车追赶开车逃离的王郁。
留在车上的楚良杀死金志德，控制了汽车并开车逃跑。
三人开车在路上相撞，并与赶来的众多特务激战，楚良为掩护王郁留下来与特务周旋，最后被周乙开枪打死，壮烈牺牲。王郁得以逃脱。
由于王郁的逃脱，特务科长怀疑有内鬼，于是控制了周乙，与重伤未死的金志德联手，试探周乙。并以海报上的记号为证据，计划二十号在电影院逮捕小兰。小兰得知事情有变，当天并没有出现。
由于在金志德车上搜出了《梅兰芳访美记》，行动失败又苦于没有破获乌特拉行动的成果，便杀掉金志德作为替罪羊。金志德与张宪臣一同被枪杀。
危险解除，小兰终于在电影院与周乙成功接头。最后顺利送走王子阳。周乙也找到了张宪臣的一双儿女送到王郁身边，王郁终于与孩子团聚了。
周乙后找到机会，杀死了叛徒谢子荣。
全剧终。