1940年，作為反法西斯戰爭最重要戰場之一的中國戰場，進入到中日雙方相持階段。為加快對中國的侵略，日軍正秘密策劃一場駭人聽聞的細菌戰，為此日軍決定加快細菌武器的研究。隻身從南京大屠殺逃生的醫生金深水，流落到日軍設立的“保甲模範區”桃花鎮。金深水無意中救了生化專家白大怡，不料卻是一系列波譎雲詭事件的開端。桃花鎮歌舞昇平的面紗被逐漸掀開，慘無人道的細菌人體實驗、恐怖致命的人腦控制藥物實驗等一一浮出水面。在黨組織的指導下，金深水巧妙地周旋於狡猾如狐的敵人中，幾度出生入死。最終，在對日軍同樣有著國仇家恨的女醫生林嬰嬰以生命為代價的掩護下，金深水聯合新四軍、游擊隊，徹底消滅了桃花鎮的日軍，同時揭露了日軍利用人體進行細菌實驗的種種罪行。金深水更從一個普通愛國青年成長為一個優秀共產黨員。