1950年8月，夏末初秋的山城格外寧靜美麗，滔滔江水川流不息地向東流去。山城市歌舞團樂隊的同志們正在認真排練大提琴協奏曲《巴山風雨》，以迎接年末即將召開的首屆各友好國家聯歡會。

奔流不息的江面上忽然浮出一具不明漂浮物迅速流向53號鐵路大橋，警覺的守橋戰士們立刻駕船打撈，曲排長奮不顧身跳進湍急的江水中，將漂浮物撈上岸邊。掀開層層農家自織土布包裹著的不明漂浮物，一張滿是綠色的女性面龐駭然出現在大家面前。

深夜，雷電交加。一個身著白色日本和服的長發女子幽靈般的身影，悠然地從守護在白色別墅前面看房人“大疤拉”的面前飄過，轉眼就失去了蹤影。轟隆隆的雷聲中，從別墅里面傳出了一聲聲清晰的電臺發報特有的滴答聲。

山城保衛部偵聽科立刻截獲并破譯了這段奇怪的電文。原來這電文是國民黨潛伏在山城的特務組織“秋風”小組組長——特務頭子“竹子”向臺灣中央情報局局長“神父”匯報正在執行的一個名為“幽靈”計劃行動的電文。這時，一封自稱代號為“梅”的“秋風”小組的重要成員給山城市委副書記鄭凱南發來匿名信涵，揭露“幽靈”計劃的核心內容就是“秋風”小組已經和前日本關東軍潛留在中國的特工進行合作，近期內必將對山城進行一次大規模的軍事打擊。而綠色尸體極有可能就是進行這次打擊所使用的“武器”載體。

事件引起了黨中央和國務院的高度重視。公安部立即安排特級偵察員“利劍”馬道成(黃志中 飾)前往山城。鄭凱南親自掛帥，組成了以山城保衛部公安處處長陳光、科長周雪(朱婷 飾)以及軍醫劉杰為骨干的偵破小組。

原本應該燒掉的綠色尸體，被“梅”的手下拋入江中，從而暴露出“幽靈”計劃，“竹”惱羞成怒，親手槍斃了將尸體拋入江中的兩個特務，進而密令“菊”立即銷毀尸體，挽回不利局面。

鄭凱南請山城醫科大學的解志遠(趙有亮 飾)教授來檢查綠色女尸。在醫大附屬醫院的解剖室里，當著解教授和他的助手章含羽，醫院院長朱可然(張晞臨 飾)解剖室醫生孫相一等人的面，周雪揭開了蒙在女尸身上的遮尸布，可露出的卻是一具不明男尸的面孔。

陳光周雪迅速出擊，當他們來到醫院太平間時，一個黑影疾速破窗而逃。太平間里其中一具尸體，正是敵特還沒來得及毀尸滅跡的那具綠色女尸，而掉落在女尸跟前的一個聽診器，引起了周雪的關注。

章含羽追求自己的老師解志遠，這在醫學院是眾人皆知的事實。當她陪教授再次前來查看那具失而復得的綠色女尸時，意料之外的事情發生了，解教授竟然在女尸面前暈了過去……