1940年在重慶國民黨軍事委員委密電偵譯處，黎征農(郭廣平 飾)接到毛主任的電話，并匯報了從昨天晚上到現(xiàn)在已經截獲了354封密電，分別是日軍航空隊，日軍各個師團突然更換了密碼，都是同一種密碼，到目前為止一封也沒有破譯出來。

黎征農來到破譯處，詢問大家破譯的怎樣，眾人都無所收獲，黎征農說他們都是黨國的偵譯界的頂級權威，就怎么奈何不了小鬼子的鬼密碼。下邊人說這是一些全新的高級密碼，通常情況下是需要3年破譯的。黎征農聽后說日軍一夜間頻繁發(fā)報多達三百多份，這一定是有重大行動，此時已經驚動了最高當局。

毛主任對破解專家們說，根據軍統(tǒng)局的情況，日軍今日采取重大的戰(zhàn)略行動，行動代號是虎穴，目標就是他們重慶，并分析這些電報跟虎穴緊密相關。下邊人說如果想要破譯這樣的代碼，不僅要精通密碼學，還要精通日語、日本文化。黎征農聽后說他們有這樣的人。陳長官聽后詢問，黎征農突然改口說人才他們不缺，陳長官說不要給他打馬虎眼。毛局長讓所有人都出去，告訴陳長官此人是譯電科科長鄭云帆(保劍鋒 飾)，并說他是數學天才才能。黎征農說如果他如果不能破譯，那么全中國就沒有人能破。毛主任說這個現(xiàn)在正在隔離觀察，他有親共現(xiàn)象。陳長官聽后說把他接過來，他就在這邊等，一定要見見這個天才。

日軍飛機上，久井中佐告訴下邊人從現(xiàn)在開始不要說日語，下邊人質疑虎穴行動要必須執(zhí)行嗎?日井聽后說如果在質疑命令就地槍決。

茶館中，小曲說他截獲了一份密電，他破譯了部分內容，是關于虎穴行動的內容，并說電報上說，日本人將在重慶實施一個代號為虎穴的特別行動，要求潛伏在重慶的特工下午5點鐘跟一個人會面，具體地點跟人他沒有破譯出來，另外一個人聽后說，這就對了，其他渠道獲得信息是他們要在羅曼咖啡廳會面。并安排讓他們一定要弄清楚虎穴的具體內容。

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黎征農來到了關押鄭云帆住處，詢問了一下鄭云帆的情況，然后來見鄭云帆。告訴鄭云帆要接他回譯電處，有重大的密電需要他去破譯，鄭云帆說自己已經辭職了，要接他回去就直接送他回家。黎征農說不會讓他在破譯共產黨的密碼了，并把日本人的密電交給了鄭云帆。并說陳長官跟毛主任都在等著他，并勸鄭云帆要抓住這個機會，要不他將會終身監(jiān)禁，并說從昨天晚上到現(xiàn)在他們已經截獲了三百多份。

鄭云帆聽后說黨政軍警憲特六大系統(tǒng)都有自己的破譯人員，黎征農說六大系統(tǒng)都束手無策，鄭云帆說是一種新型高級密碼，誰也不能在短期內破譯。六大系統(tǒng)束手無策理所當然。也可以根據發(fā)送者發(fā)送的數量來做出判斷，并詢問去年5月3日4日發(fā)生了什么事情，黎征農說日軍對重慶發(fā)動的大轟炸，鄭云帆詢問5月2日發(fā)生了什么，并告訴黎征農5月2日是大轟炸的前夕，日中各兵種也頻繁發(fā)報，數量也高達三百多封。鄭云帆跟這回密電室。

鄭云帆來到密電室見到陳長官，陳長官考驗鄭云帆，鄭云帆對答如流，陳長官詢問是否能破譯密電，鄭云帆說這種高級密碼短時間內無法破譯，現(xiàn)在不要管這些電報，重點監(jiān)聽菊花跟海盜這2個電臺，下邊人告訴說從昨天晚上這2個電臺就實施了無線電靜默，鄭云帆說重大行動前，日本人不會犯這種低級錯誤，這2個電臺一定是修改了發(fā)報時間跟頻率，陳長官聽后讓所有人按照鄭云帆說的去做。

鄭云帆跟六二猴查到了海盜臺的密電，并破譯出來電報內容是大霧大霧大霧，然后繼續(xù)跟六二猴查找菊花臺。并截獲了菊花臺的密電，菊花臺也更換了密電。

中共人員綁架了眼鏡蛇，并獲得了眼鏡蛇跟日本人碰頭的文件，然后前往羅曼咖啡廳與久井碰頭。