1940年,作為反法西斯战争最重要战场之一的中國战场,進入到中日双方相持阶段。為加快对中國的侵略,日军正秘密策划一场骇人听聞的细菌战,為此日军决定加快细菌武器的研究。只身从南京大屠杀逃生的医生金深水,流落到日军設立的“保甲模范區”桃花镇。金深水無意中救了生化專家白大怡,不料却是一系列波谲云诡事件的開端。桃花镇歌舞升平的面纱被逐渐掀開,惨無人道的细菌人體实验、恐怖致命的人脑控製药物实验等一一浮出水面。在党组织的指導下,金深水巧妙地周旋于狡猾如狐的敌人中,几度出生入死。最终,在对日军同样有着國仇家恨的女医生林婴婴以生命為代价的掩護下,金深水联合新四军、游擊队,彻底消灭了桃花镇的日军,同時揭露了日军利用人體進行细菌实验的种种罪行。金深水更从一个普通爱國青年成长為一个优秀共产党员。