上世纪30年代末，古老的中华大地正经受着最为苦难的时刻。外有日寇铁蹄进犯，内有不同派别势力的斗争碾压，战火连绵，生灵涂炭。为了获取重要的情报，共产党方面派出周乙（张嘉译 饰）和顾秋妍（宋佳 饰）假扮夫妻，潜入哈尔滨的警察厅特务科。周乙被任命为特别行动队队长，但他的真实身份一直受到高科长（程煜 饰）的怀疑。
京城突现夺心狂魔，频频作案杀人而后夺走心脏，杨宇轩奉命捉拿凶手，期间为保护朱一品不幸葬身火海。朱一品悲痛万分，发誓要为杨宇轩报仇。皇帝突发恶疾，面向全社会寻找神医，朱一品怀疑夺心狂魔就隐藏在宫闱之中，毅然揭下皇榜入宫。经过一番艰苦调查，朱一品发现太医郑载农就是夺心狂魔，可惜最终被他趁乱逃跑。朱一品在寻找郑载农的过程中发现了宁亲王意图谋反的狼子野心，为此他与医馆同僚们几次三番被卷入凶恶险境，但都凭借默契的合作和日益进步的推理能力一次次成功破案，同时也将宁亲王的阴谋一点点揭露。最终，他们深入敌穴，再一次成功阻止了宁亲王的谋反行动，守护住了国家的太平。
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