故事发生在1931年1月16日的上海，共产党沪中区委书记蔡博真来到一家书店，很快找到那本书，从书里翻出一张纸条，上面写着“明天下午一点半在中山旅社开会”，他看完就马上烧毁。闸北团委书记伍仲文带领学生们走上街头发传单，高喊口号“打倒国民党反动派，打倒蒋介石”，警察随后赶来抓人，伍仲文赶忙撤退，他一口气跑到小巷子里，警察紧随其后追来，多亏蔡博真及时出现把她拉到一边，躲过了警察的追踪，蔡博真把上级的通知告诉她。

国民党中央党部党务调查科驻上海科长史明升接到密报，把共产党开会的地点一一告诉他。伍仲文和蔡博真准时来到中山旅社，史明升在对面楼顶蹲守，看到参会的人都到齐了，就下令警察去抓捕。大厅放哨的共产党员发现警察，立刻大声报信，伍仲文和蔡博真来不及逃走，就留下来把文件全部烧毁，史明升带人赶到，把他们俩抓起来。史明升对蔡博真和伍仲文严刑拷打，他们视死如归，始终一言不发。

1926年，组织上选派伍仲文去苏联学习，临行前，蔡博真把自己亲手雕刻的一对木头人送给伍仲文，伍仲文担心再也见不到蔡博真，蔡博真坚信他们迟早会相见。史明升苦苦规劝蔡博真登报声明脱离共产党，交代在上海的共产党组织机构以及人员名单，承诺把他放出去，给他优厚的待遇，蔡博真大骂他是刽子手。

史明升劝伍仲文加入国民党，还拿出那对木雕威胁伍仲文，要让她和蔡博真永别。伍仲文早就看透了国民党反动派的真面目，1927年她在苏联中山大学的时候，看到蒋介石的累累罪行，号召在苏留学的同学们一起抗议示威。1928年，蔡博真来莫斯科中山大学报到，伍仲文一眼就认出蔡博真的行李箱，她激动万分，四处寻找蔡博真，都没有看到他人影，伍仲文大声喊他的名字，蔡博真闻讯赶来和伍仲文见面，两个人深情相拥。

史明升带着租界巡警押送被捕的共产党员到龙华淞沪警备司令部均发出看守所，伍仲文和蔡博真也在囚车上，他们望着窗外的美景，不由地回忆起他们俩第一次见面的场景，两个人互诉衷肠，蔡博真当众向伍仲文求婚，伍仲文欣然答应，同车的共产党员为他们俩开心，要为他们办一场婚礼，就在这辆囚车上。

大家一起高唱“国际歌”，祝贺蔡博真和伍仲文喜结连理，警察不许他们唱歌，对他们拳打脚踢，他们根本不听，蔡博真和伍仲文紧握双手，始终不肯分开。之后不久，蔡博真和伍仲文被杀害。