留学日本的舞台剧演员袁天杰(徐洪浩 饰)在日本的妃耦神秘掉落。袁天杰回国寻妻却被军统练习成为奸细，他和隐蔽在军统内部的共产党员舒秀(陶宇佳 饰)一起接收了寻觅日本特务“千面媚蝶”的任务。大明星姚芊芊(袁志博 饰)的身份扑朔迷离，似乎和神秘的“千面媚蝶”也有某种接洽。通过侦查和说明，舒秀和袁天杰得知姚芊芊是被她的私人医生翁子安做了整形手术后隐蔽下来的日本军官，她在上海暗害多名优异的爱国人士，舒秀带领袁天杰等人在中共党构造的领导下与之展开决死搏斗，最终改头换面成姚芊芊的“千变美娘”实情毕露，她其实就是袁天杰苦苦寻觅的日本妃耦。最终，公理克服邪恶。
