1940年，作为反法西斯战争最重要战场之的中国战场，进入到中日双方相持阶段。日军为了加快对中国的侵略步伐，正秘密策划着场骇人听闻的细菌战。为此，他们决定加快对细菌武器的研究。与此同时，医生金深水只身从南京大屠杀逃生，流落到日军设立的“保甲模范区”桃花镇。他无意中救了生化专家白大怡，然而这却成为了系列波谲云诡事件的开端。桃花镇的表面歌舞升平的幕布被逐渐拉开，揭示出了惨无人道的细菌人体实验、恐怖致命的人脑控制药物实验等等。在党组织的指引下，金深水巧妙地在狡猾如狐的敌人中寻找突破口，多次冒着生命的危险。最终，他在对日军同样抱有国仇家恨的女医生林婴婴的掩护下，联合新四军和游击队，成功消灭了桃花镇的日军，同时揭露了日军利用人体进行细菌实验的罪行。在这过程中，金深水从个普通的爱国青年逐渐成长为个优秀的共产党员。