一陣刺耳的電話鈴聲將林云飛從睡夢中驚醒，電話中傳出副科長董智超急促的聲音：“八所秦工程師在火車站丟失了裝有重要科研項目的機密文件包，此事引起上層的高度重視，你速趕到鐵路公安局。”林云飛與偵察員曹陽驅車趕到鐵路公安局時，董智超告訴林云飛，公安已經破案了，是一起普通的盜竊案，讓林云飛與公安做好收尾工作。林云飛在觀看對小偷的審問錄像時，發現了破綻，并迅速報告了處長洪子城。有著豐富偵破經驗的洪處長敏銳意識到這很可能是一件間諜案，決定接手此案，并迅速采取了措施。在對八所的有關人員進行甄別排查時，發現張銓有重大嫌疑，就在將要對其進行詢問時，張銓突然被殺。在對現場進行勘查和對目擊證人詢問后，拘留了三個可能殺害張銓的嫌疑人，并對其進行了審問，但三人的表現都似乎符合邏輯，也沒有殺害張銓的理由。此時上級通報，失竊情報可能在48小時內通過衛星自動發射。時間一分一秒地過去，案件毫無進展。林云飛提出了一個大膽的想法……　　就在失竊情報即將自動發射的關鍵時刻，林云飛運用特殊的偵察手段，使代號“無面人”的境外間諜分子不得不低頭認罪，外線偵察員也成功地截獲了失竊情報。正當大家慶賀勝利時，傳來一個意想不到的消息：本市的另一個國家航天重點科研機構——動力所的重要科研計劃已經被泄露到了境外……　　在案情分析會上，關廳長帶來了年輕的女偵察員石慧，并宣布她為偵察科新科長，具體負責專案組的偵破工作。這讓兩個鉚著勁的副科長林云飛和董智超很不解。為了便于偵破此案，處里決定派林云飛以動力所辦公室副主任的身份進入動力所，進行跟蹤偵察。林云飛利用辦公室副主任的身份對全所的重要部門、重點部位以及重要人員進行了細致的檢查，沒有發現任何可疑情況。此時石慧提出對全所進行一次全面的安全檢查，不想發現火箭燃料K1樣品少了，而且毫無線索。林云飛非常自責在自己眼皮底下K1樣品丟失，回想在動力所的每個細節，一個重要人物也出現在自己的眼前，林云飛提出了一個讓人不敢想象的大膽設想——可能是動力所工程師袁知方監守自盜。經過嚴密的偵察、分析，證實了林云飛的想法，袁知方為了兒子，不得不違心地做出了危害國家的行為，其背后一個代號為“戴安娜”的境外間諜小組浮出水面。專案組果斷出擊，抓獲了間諜嫌疑人，并在機場截獲了K1樣品。在對樣品進行檢驗時，發現K1樣品少了一半……　　“戴安娜”背后一定還有更危險的人物，這個人是誰成了破案的關鍵。隨著偵察的進一步深入，一個神秘女人出現在偵察員的視線內。此人就是與林云飛有過交往的TTC公司董事長金夢。據查金夢在國外加入了A國間諜組織，利用我國改革開放之機，在本市成立了TTC公司，其目的就是竊取我國的高科技情報，這個TTC公司很可能就是境外間諜組織設立的重要場所。而金夢對林云飛有“副省長”親戚的特殊背景很感興趣，正力請林云飛到TTC公司工作。針對這一情況，石慧建議派林打入TTC公司，近敵偵察。　　境外間諜組織指示金夢對林云飛進行了嚴密的考察，甚至采用進行刺殺石慧來考驗林云飛。在石慧等偵察員的密切配合下，林云飛逐個化解了一次又一次的危機，也逐漸取得了金夢對自己的信任，只是負責組織安全的王躍龍對林云飛仍不放心。正當林云飛在TTC公司逐漸順利展開工作時，動力所的火箭燃料樣品K2配方又被竊取了……

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