《神秘女谍》是袁英明执导的26集国产剧电视连续剧，杨恭如,何政军,马东延等明星强势加盟参演一九三八年秋，东北日本特高课总部的课长土肥原贤二接到一封军部一号发来的紧急来电，命令他全力保护可以一举改变整个战争进程、进而迅速实现其大日本帝国梦想的“饿蟒行动”，土肥原贤二看到电文尾部“甲级绝密”四个字，举枪杀死了惟一知情的日本女报务员。在哈尔滨某酒吧做服务员的国民党军统女特工冷月，被日本间谍盯梢和跟踪，身为训练有素的军统特工，冷月警觉的几番测试有无被跟踪，岂料后面跟踪的日本间谍非常老到，连着三次变换行装，最终摸到了军统的一个秘密据点。就在他打电话通知总部派人来抓之时，电话亭的玻璃上映现他的身后出现一个戴着礼帽和墨镜的人影。女扮男装的中共特情人员柳叶飞将日本间谍当作见面礼送给冷月，并说服冷月借用军统的发报机发送了一个紧急电报：“老鼠”即将上岸。由于叛徒的出卖，上海地下党遭到严重破坏，柳叶飞接到指令，前往上海执行秘密任务，获取日本特使携带的秘密计划并暗中调查和清除党内的叛徒。重庆军统局二处的处长戴笠此刻也获知日本特使负有秘密使命，速派特派员林少锋前去领导上海军统调查此事。柳叶飞与林少锋在客轮上相遇、相识，林少锋对柳叶飞暗生情愫。柳叶飞到达上海，即刻与接头人取得电话联络，并前往接头地点霞飞路济民药店接头。当她走进药店，街上几名扮作卖香烟和路人的日本特工盯上了她。原来，由于叛徒的出卖，济民药店这个联络点早已暴露，日特为了放长线钓大鱼，没有进行抓捕，而是采取秘密监视，毫不知情接头人马掌柜向柳叶飞布置了任务。上海特高课课长伊藤，通过安插在中共上海地下党的“菊剑”，一开始就得知了柳叶飞的身份，根据“菊剑”对柳叶飞的特殊了解，他决定采取计策，激化柳叶飞的性格弱点，得为己用。于是，与柳叶飞长相酷似、日本驻上海领事安森的养女、柳叶飞的双胞胎妹妹美惠子被调往上海，经过美惠子枪杀共产党人员等几次设计缜密的假象，成功地让中共地下党怀疑柳叶飞是日本奸细，并对其展开逮捕与锄奸，“受不得委屈”的柳叶飞在心爱之人大师兄江涛和同志们的逼迫下，为了澄清自己，说出了自己的真实身份和秘密行动，以及接头人和接头地点。然而，正当地下党人员前去求证之时，马掌柜却早已接到神秘人的线报，秘密失踪。柳叶飞的嫌疑不仅没能排除，反而更加说不清，这使得柳叶飞对共产党的信念产生了“动摇”，一怒之下要求退党。在密友小梅的帮助下，她逃脱了拘押，走上了与共产党和军统不相干的爱国之路。其实，身为中共高级特工的柳叶飞早在一下轮船，就感觉到被一个神秘人跟踪，在进入药店之前，她敏锐地发觉了敌特的监视人员，就明白自己和联络站已经暴露，根据种种迹象她猜到两个师兄其中有一个是叛徒，也猜到了敌人的诡计，她未动声色，决定将计就计，故意放大自己以前的性格弱点——脾气倔，受不得委屈；然后便一步步按照敌人的计划部署走，走向日本人设定的结果。通知马老板转移的神秘人正是她，因为她知道自己一旦说出马老板，日本人定会对马进行逮捕，好继续让她承受不白之冤。在别人眼里，她是一个被爱迷昏了头脑的女人，她的种种言行，以及表现出对江涛的依赖，让日特对她放松了警惕，以为她的一切都在掌握中，甚至还暗中协助她纠集帮会的势力，在敌人的阴谋鼓动下，军统与上海地下党都认定她是汉奸，想尽办法追杀她，她也因此慢慢接受日本人的拉拢，取得了日本人的部分信赖，直至后来出现了让日本人棘手的神秘人，敌人没有想到会是她。柳叶飞正是利用这种安全的身份暗中继续自己的侦查，先是发现了大师兄江涛的通敌，直至最终查出了潜伏得更深、谁也没有想到的真正的“菊剑”——副书记梁超。柳叶飞之前痴情的深爱着江涛，后来得知了江涛就是叛徒，并是杀害自己师傅的凶手，她由爱转很，但为了掩护自己，她按照组织要求，继续很痛苦得跟他谈恋爱，包括谈婚论嫁，博得他的信任。同时这种假象也让爱她的林少锋极为痛苦，而柳叶飞也不能挑明。最终她亲手血刃了这个叛徒。柳叶飞在被误解时期得到林少锋的多次救助，两人慢慢产生了感情，当两人得知各自分属不同的政治派别的真实身份后，彼此明知道不能也不允许与对方产生感情，但却无法控制自己，爱情甜蜜而又痛苦。对日本人代号为饿蟒行动之真相的侦查几经波折，日特为了保障行动的顺利实施，制造和释放了多个假计划和烟雾弹，先是刺杀蒋介石的行动、再是对蒋介石的诱降以及对重要国民党要员的收买计划、还有台儿庄战役作战计划、上海战略军火库的建设等，几次以为揭示了“饿蟒行动”的秘密，又发现都不是；任务每当要完成又出现新的情况与疑点，期间柳叶飞发现了诸如劳工没有一个人活着出来、河流发臭、死鱼、军火库戒备森严、军火库里并没有军火或只有许多过时的枪支、敌人用人体做了一个小范围产品抽样检验、轮船运来的原材料、大批轰炸机进驻上海、发现敌人研究风向的报告等很多可疑的端倪，终于层层揭开了“饿蟒行动”的神秘面纱。原来，“饿蟒行动”真正的执行领导者不是引人瞩目的特使，而是在特使的随行人员中间的一名日本著名化学家，他研制成功了一种高致命的化学武器，此化学炸弹不同于一般的毒气弹，扩散力强，在空气中将久久弥漫，几天后才会散去，现有的防毒面具对它不起作用，人畜吸入后将立刻呕吐，然后七窍流血，缺氧而死。敌人以新建军火库为幌子，其实是在军火库的地下建造秘密生产基地。将生产制造500吨此化学武器，通过轰炸机携至重庆和战场前线上空抛下，在空气中扩散，一举消灭中国的政治中心和抵抗意志。日军直接从实验的最终步骤——人体实验开始，拿活人做试验。柳叶飞发现真相之后，与中共地下党以及以林少锋为首的上海军统展开合作，采取了一系列措施来摧毁敌人的地下工厂。他们几次化装成劳工或化学家企图想要进入地下工厂均遭失败；选择动用国民党军方的飞机轰炸其地下制造储藏基地，将所有化学炸弹埋入地下，结果轰炸机被空中拦截和击落，飞行员即将被捕，需要尽快行动；他们企图用炸药炸毁地洞，可至少需要几十吨TNT才能炸毁那个地下基地，他们无法在敌占区筹集很多的炸药；最后经过重重困难，想尽一切办法，他们最终选择用火攻。柳叶飞扮作美惠子偷偷潜伏进入地下工厂，找到了地洞的通风管道，灌入石油，杀死了那些灭绝人性的日本科学家，毁灭了秘方，一举彻底毁掉了那些生化武器……任务完成，柳叶飞奉调回根据地接受新任务，这时林少锋接到命令，约柳叶飞出来劝其归顺，如果拉拢不成，让他杀死柳叶飞，除掉后患。并由其他军统特工监督，如果他不动手，你们就动手。林少锋最终没有动手，反而将柳叶飞救走，一对恋人依依惜别。时隔多年，柳叶飞接到任务去一个舞会与同志接头，发现接头人竟然是林少锋，喜极而泣，两位高级特工在舞会上相互掩护，巧妙地完成了刺杀敌人的任务。