1948年的北平，守城的国民党108师副师长接到密令，要在北平主要的名胜古迹开掘地道或暗室，并提前埋装炸药，一旦北平失守，就同时引爆，以使共产党接收一座死城。此次行动的代号为“X计划”。

仁德医院的护士林倩如因曾被青年周伯勋搭救过对周伯勋产生了好感，周伯勋称自己是国民党军医，但他的行踪却有些诡秘。

林倩如的表弟焦志新是清华建筑系的大学生，在老师李正亭的带领下被关在国民党宪兵队严格看管的建筑设计所内日夜赶制有关北平的文物建筑图纸，据说是为了战争爆发时实施对北平重点文物的保护。但李正亭突然从北平地下党负责人章少川处得知了敌人是以保护文物为名准备爆破北平历史名胜古迹的阴谋，他决心将所有绘制的图纸藏起来。李正亭教授为了保护图纸不幸受重伤，焦志新带着老师躲进表姐林倩如的医院里，李正亭将图纸郑重托付给焦志新后即被抓捕，而负责追捕他们的正是周伯勋——国民党108师的副官。

建筑学家苏云轩是李正亭教授的好友，他的日本妻子秀子带着大女儿苏小雅刚刚从日本回到北京。苏小雅毕业于美国麻省理工学院建筑系，苏云轩希望她将来能接自己的班。苏云轩的小女儿苏小枫酷爱音乐，学习钢琴演奏。苏小雅和苏小枫姐妹俩的个性反差极大，姐姐泼辣热情，妹妹温柔顺和。

周伯勋得到林倩如的信任去焦志新藏身的地方索要图纸被焦志新偷袭，随后赶到的宪兵队也扑了个空，108师稽查处处长侯天柱对周伯勋起了疑心。

焦志新在危急中将图纸埋在郊区河边，然后找到苏云轩教授告知了一切，苏云轩答应尽力帮助。焦志新在离开苏家后便遭追捕，他在黑暗的街道上奔跑躲藏着，却突然被一道明晃晃的车灯逼停在街当中，一排宪兵站立在他面前，周伯勋坐在吉普车内冷冷地盯着他，两人在沉默中对视。