在20世纪50年代初的上海，这座城市正处于一个动荡而又充满机遇的时期。解放后，陈毅成为了这座城市的市长，而隐藏的敌人与阴谋也开始悄然蠢动。传言老蒋留下了众多特务在上海，他们像潜伏的猎豹，时刻准备扑向猎物。
一系列的事件接连不断地发生，首先是发电厂的爆炸案，紧接着是对陈市长的刺杀企图。市长的反应迅速而果断，他命令成立了一个专案组，并且特别召来了一名无线电专家，破解敌人的通信密码。他们推测敌人在上海设有秘密电台，密谋不断。
1950年初夏，专案组逮捕了一名特务科长，从他那里得知了敌人的电台确实存在。这一消息让整个专案组的氛围更加紧张，他们开始暗中监视市局内的员工。
罗炳乾，一名在警察局有过工作经验的电讯科员，因其解放前的立功，被保留在公安局工作。他的身份和背景让他成了调查的重点。侦查员在跟踪他的过程中，发现他与一位穿着佣人衣服的中年女子在永安百货前交换了几块香皂，并简短交谈。
女子随后前往陕西路的一座花园式别墅，那里是一个纱厂老板的家，但老板已经迁居香港。女子似乎是被雇佣来照看这座别墅。侦查员观察到，这位老妈子白天鲜少外出，但夜晚却频繁出入各类娱乐场所，行为颇为可疑。
一天晚上，侦查员跟踪罗炳乾来到了名为百乐门的舞厅。他检查了四周后进入一个豪华包间。一个小时后，一位打扮艳丽的妇女从包间走出，她的举止让人难以忽视。罗炳乾平静地离开，仿佛什么都未曾发生。
侦查员利用一个偶然的机会“误入”了该包间，却发现里面已无人。这场会面显然是事先安排好的，但这位神秘妇女的身份成谜。
起初，侦查员以为这位妇女只是一名舞女，因此没有进行跟踪。然而，随着调查的深入，他们开始怀疑,这使得整个案件更加扑朔迷离，专案组意识到他们必须更加谨慎地处理每一个细节，因为每一个小动作背后都可能隐藏着敌人的阴谋。
在上海的复杂氛围中，新的线索和猜测不断浮现。一名女侦查员在下班后闲逛进了一家女士服装店，听到售货员向一位体态丰满的中年妇女推荐法国丝袜，声称其具有瘦身效果。这个场景无意间激发了侦查员的联想：或许这位妇女与之前在舞厅见到的神秘女子有关。
她的思绪被这个想法牵引，开始回顾那天晚上在舞厅的一幕。如果这位老妈子能够频繁变换身份，那么她出现在舞厅并不奇怪。难道她有秘密的出入路径？这个猜测让她决定进一步追踪这个线索。
此时，专案组在审讯一个名为叶丹秋的嫌疑人时，意外揭露了一名女特务钮梅波的存在。钮梅波，一名声名狼藉的女间谍，曾为日本势力工作，擅长伪装和隐匿，她的技巧让她在战后也成功逃避了追捕。
随后，罗炳乾被秘密逮捕。在审讯中，他坦白了与这位神秘妇女的联系——钮梅波，正是那个经常在舞厅与别墅之间穿梭的老妈子。罗炳乾的供词揭示了别墅中隐藏的秘密通道，这条通道是钮梅波用来悄然移动的秘密武器。
专案组立即行动，冲进别墅进行搜查，但发现钮梅波已经逃之夭夭。尽管如此，他们在别墅后院发现了那条秘密通道，它直通一条小巷，这解释了钮梅波如何在不被侦查员发现的情况下出入。
在钮梅波失踪后，上海接连发生了多起暗杀和破坏活动，紧张的氛围愈发加剧。市领导决定利用罗炳乾来引出钮梅波，他们放走了罗炳乾，并给他一条假情报，关于一次假定的市长联欢会。
罗炳乾按计划使用电台联系钮梅波，初始几天内没有得到任何回应。然而，好奇心最终还是驱使钮梅波回电，显露了她的位置。专案组随即布下天罗地网，准备一网打尽。
上海的夜色中，外滩的灯光如繁星般璀璨，但今晚这里却成了一场紧张的搜捕戏码的舞台。专案组已在这一带布置好了严密的监视，准备逮捕间谍钮梅波。然而，等待中的紧张气氛被一件意外打破：一个四五岁的小女孩突然跑向罗炳乾，将嘴中的橡胶糖粘在他的裤子上。罗炳乾低头一看，糖上粘着一个“沪”字，这是一个预先约定的暗号，意味着他们的会面地点有变，改为了南京路的大沪舞厅。
罗炳乾的神情顿时紧张起来，他迅速离开外滩，搭乘出租车前往约定的新地点。专案组的侦查员们亦紧随其后，心中充满疑虑，不知这是不是钮梅波的又一诡计。
到达大沪舞厅，罗炳乾径直进入，他的目光扫视着熙熙攘攘的人群。他来到二楼走廊，几乎在不经意间，瞥见一个熟悉的身影从走廊一端快速掠过。罗炳乾心中一惊，快速跟上去，来到一间偏僻的屋子，直接掀开门帘走了进去。
里面，钮梅波正站在窗边，她的表情凝重，看到罗炳乾，她迅速检查了走廊，确认无人后关上门。她急切地问道：“你带来的情报在哪里？”
罗炳乾从口袋里掏出一盒香烟，从中抽出一根递给她，低声说：“所有的细节都在这里，时间地点和参会人员。”说完，他没有停留，立刻转身离开。
钮梅波将香烟藏入包中，心中突然涌起一股不安。她走到窗前，向外望去，只见舞厅门口聚集了不少人，似乎在故作无事地观望。直觉告诉她，这是一个陷阱。她急忙爬上床，用力拉下床头上的壁画，露出了一个暗门。钮梅波迅速通过暗道，沿着舞厅侧边的弄堂逃离现场。
侦查员们已经布下网，当她冲出弄堂时，一群侦查员已经从对面包围上来。钮梅波转身欲逃，但发现四周已被堵死。无路可逃，她被迫回到弄堂，十几名侦查员紧随其后将她逮捕。
这次行动终于将钮梅波捕获，结束了她长期的间谍生涯。她被关押在提篮桥监狱，随后上海市人民法院以她的叛国行为判处死刑。
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