20世纪40年代初，国际局势风云突变，古老的中华民族更到了生死存亡的危急时刻。在日寇的铁蹄恣意肆虐之下，无数中华儿女抛头颅洒热血，却也有那苟且偷生之人为了一己私利投敌叛国。国民党军统上海站站长侯坤的叛变，令抗战局势出现前所未有的危机。国民党和共产党双方相机而动，急欲出去危害抗战大业的汉奸叛徒。军统方面由顾雪峰带队，组建了代号“十三钗”的行动小组，剑锋直指汉奸邹博庵（李竹 饰）及侯坤。李凤凰（韩雪 饰）、徐子晏（徐百卉 饰）、欧阳琴（赵兆 饰）这群十三钗的姑娘身怀绝技，独立坚韧，在一系列与对手交战的过程中，她们还意外结识伪装成牙医的地下党员郭春光（李超 饰）。
各路人马搅在一起，暗潮涌动，而十三钗的一号人物迟迟不曾露面，与此同时，日军方面也悄悄展开一个险恶的计划……