在一次与日军的遭遇战中，国军军官石永凯在被炸翻的军车里救出国军守备司令部作战参谋赵兰蕙。
由于日军众多，石永凯率部佯装成日军中岛联队的工兵部队才得以突出重围，并在途中救下守备司令部的张司令。
回到参谋部后，石永凯才从上司蒋家骥处得知，张司令身上竟然带着南京防御作战的全盘计划。
但是石永凯又对救下张司令的过程感到蹊跷，因为张司令当时的车顶有明显给日军飞机轰炸的新标记。
军校举行扩大总理纪念活动，石永凯被安排带特务连保卫。活动现场，石永凯发现一个疑似日军宪特的人，但因为未带枪而没有现场将其抓住。
由于涉事严重，上级专门设立了临时调查组，并令赵兰蕙任组长，石永凯任副组长，限期破案。
赵兰蕙把一家山货店当成日本特高科的秘密联络点，却被石永凯否定，原因在于日本特高部门行事缜密，不会在如此冷清的地方设置联络点，太容易引人怀疑。
电视剧伏击剧照
石永凯提出调阅那天参加活动的所有人的档案，赵兰蕙却要去查货运公司。临时检查突然发生，让准备给新四军运送电台的新四军地下交通员袁玉婷躲避不及。
紧急之下，袁玉婷武力逼迫石永凯把电台以宪兵队货物为名运走，而她不知道的是，石永凯的真实身份也是共产党员。
石永凯发现一处院子有日军电台信号，遂带兵包围，正欲拿下时赵兰蕙不小心手枪走火，不得已与敌军交战。
电视剧伏击第2集剧情介绍赵兰蕙的“失误”导致里面的日军将电台和密码本全部毁坏焚烧并逃走。守备司令部李凤成司令把石永凯从临时调查组重新调回到教导总队。
石永凯率部与日军永野秀一部展开战斗，永野凭借坦克炮兵的支援不把国军放在眼里，于是钻进了石永凯设置的圈套，紧急时刻坦克上的机枪传动装置失灵，永野急忙下令撤退。一名士兵抱着炸药包钻进永野的坦克底下，吓得永野赶紧撤退。
通讯兵向蒋家骥报告石永凯的状况并请求炮火支援，但是蒋家骥却收到了撤退命令，且不要说炮兵，就连预备队都已经消耗完毕，但为了让石永凯顶住，他命总队长侍从室中尉侍从官杨卓如带上所有参谋人员前往支援。
新四军袁修国所部得到命令，为国共合作的国家利益为重，令妹妹袁玉婷带部赴南京协助国军突围进行伏击。而南京阵地则刚刚从炮火中暂时喘息，石永凯对炸药的英勇行为十分钦佩。
