1948年的北平，守城的國民黨108師副師長接到密令，要在北平主要的名勝古蹟開掘地道或暗室，並提前埋裝炸藥，一旦北平失守，就同時引爆，以使共產黨接收一座死城。此次行動的代號為“X計劃”。仁德醫院的護士林倩如因曾被青年周伯勳搭救過對周伯勳產生了好感，周伯勳稱自己是國民黨軍醫，但他的行蹤卻有些詭秘。林倩如的表弟焦志新是清華建築系的大學生，在老師李正亭的帶領下被關在國民黨憲兵隊嚴格看管的建築設計所內日夜趕製有關北平的文物建築圖紙，據說是為了戰爭爆發時實施對北平重點文物的保護。但李正亭突然從北平地下黨負責人章少川處得知了敵人是以保護文物為名準備爆破北平歷史名勝古蹟的陰謀，他決心將所有繪製的圖紙藏起來。李正亭教授為了保護圖紙不幸受重傷，焦志新帶著老師躲進表姐林倩如的醫院裡，李正亭將圖紙鄭重託付給焦志新後即被抓捕，而負責追捕他們的正是周伯勳——國民黨108師的副官。建築學家蘇雲軒是李正亭教授的好友，他的日本妻子秀子帶著大女兒蘇小雅剛剛從日本回到北京。蘇小雅畢業於美國麻省理工學院建築系，蘇雲軒希望她將來能接自己的班。蘇雲軒的小女兒蘇小楓酷愛音樂，學習鋼琴演奏。蘇小雅和蘇小楓姐妹倆的個性反差極大，姐姐潑辣熱情，妹妹溫柔順和。周伯勳得到林倩如的信任去焦志新藏身的地方索要圖紙被焦志新偷襲，隨後趕到的憲兵隊也撲了個空，108師稽查處處長侯天柱對周伯勳起了疑心。焦志新在危急中將圖紙埋在郊區河邊，然後找到蘇雲軒教授告知了一切，蘇雲軒答應盡力幫助。焦志新在離開蘇家後便遭追捕，他在黑暗的街道上奔跑躲藏著，卻突然被一道明晃晃的車燈逼停在街當中，一排憲兵站立在他面前，周伯勳坐在吉普車內冷冷地盯著他，兩人在沉默中對視。
