向亦鹏从山田处获悉，“军刀计划”中最重要的一项就是生化武器的研究——目前研究的是一种叫“鼻疽”的病毒，此种病毒已经灭绝，但是日本人组织一些科学家令它复活，这种病毒可以导致人的四肢永久性溃烂，这也就是日本人要插进中国心脏的“军刀”。参与“军刀计划”的中方雇员刘天辰携带“军刀计划”的核心文本潜逃，并欲将文本交给国民党，中共上海地下党组织明天午夜派人营救向亦鹏，欲抢先获取“军刀计划”。
在阎天暗中的帮助下，余铭真等人救出向亦鹏，与此同时，被日军军部关押的芥川伪装自杀，趁着夜色也携林璇逃出，日军驻沪军部上级竹中震怒，命令山田三日内找到芥川的下落。
芥川的潜逃又危及到山田的身份，组织上决定让向亦鹏立即恢复工作，开始着手寻找芥川，以除后患。游闲海摆脱方孝的控制，找到余铭真，提出要参加地下党的锄奸行动。
林璇佯装思念向亦鹏而神志不清，令芥川放松了对她的警惕。芥川到赌场找到方孝，两人企图在一个居酒屋会合，被跟踪他的游闲海发现行迹，报告给向亦鹏和余铭真。向亦鹏发现了芥川和林璇的藏匿地点，就在芥川用枪威胁向亦鹏的时候，林璇挺身而出，趁向亦鹏迟疑，芥川伺机带着林璇离开。
谍影重重之上海第23集剧情介绍为了获得更多线索，阎天劫持了山田，山田表示刘天辰已经在狱中自杀身亡。游闲海利用黑道上的消息，找到芥川与林璇新的藏匿地点，当向亦鹏带人赶到时，狡猾的芥川已经带着林璇逃离。
山田从阎天处逃脱，根据阎天提供的给他的暗号RX1638在日军军部找到了刘天辰的档案，发现刘天辰在上海瑞金医院就医的记录，山田立刻赶到该医院，在刘天辰住过的病房里找到了“军刀计划”的核心记录。向亦鹏暗中监视日本军部，发现阎天深夜潜入，两人来到江边，决定联手共同调查军刀计划。
芥川秘密地调查山田，在高原大佐家发现山田与中共合作的证据，并利用方孝抓获了正要回家给地下党发报的山田。芥川以山田的名义与我党上海地下组织接触，冀望获取更多的证据，却被向亦鹏等人识破，向亦鹏推断山田已经落入芥川的掌控。
芥川致电竹中，告诉他山田在自己手里，等找到“军刀计划”的核心内容，就能让他知道自己才是军部不可或缺的人。竹中下令地毯式搜捕芥川和山田。
谍影重重之上海第24集剧情介绍芥川将山田和林璇隔离在密室偷听他们的谈话，却一无所获。芥川同意在阳春酒楼与向亦鹏见面。其后，游闲海在戏楼杀死了作恶多端的方孝。
深夜，山田服毒自尽，他临死前将一首古诗告诉了林璇：“人生五十载，天下里面，有如梦幻一般，得到一次生命，还有不死的人吗?”还是这个深夜，林璇悄悄地卸下了芥川枪中的子弹，随后在另一间房里，又按动着发报机，把这首古诗发给了向亦鹏。向亦鹏等人很快从这首诗上找到了端倪，向亦鹏快步来到山田曾包租了一年的大洋酒店房间，他坐在山田曾坐过的摇椅上，透过窗户，上海明昭寺的塔尖映入眼帘，聪明的山田文夫用这种“密语”告诉了向亦鹏“军刀计划”文本的藏匿地。中共上海地下党顺利地得到了日本“军刀计划”的全部文本。
最终，任务圆满完成，林璇又接受了新的任务。她和向亦鹏之间何时才能重聚首?他们能否圆爱情之梦，今天?明天?也许永远不可能，因为他们的祖国正承受着灾难，下一场战斗在等待着他们。
