二十世纪二十年代末，出身宁德望门的蔡泽鏛被家族安排一门亲事，母亲林莺答应只要他肯先与薛品萱成亲，便可以外出读书求学。然而成婚当夜，蔡泽鏛独自一人不辞而别，留下书信向妻子薛品萱坦言心中志向，若是她对封建婚姻同样不满，随时和离恢复自由之身。
随后蔡泽鏛来到宁波四中，听了长衫先生的宣讲，仿佛在心里点亮了一盏灯，让他看清了整个黑暗浊世，找到前行的道路。也正是在这位革命先驱的引领下，蔡泽鏛唤起热血爱国之志，积极参与了进步运动，为寻求全国解放平等而努力，毅然决然地加入了中国共产党。
一九二七年，国民党发动四一二反革命政变，肆意抓捕共产党员，镇压无产阶级革命运动，大量的学生、工人以及进步人士被捕入狱，革命事业遭到了前所未有的惨痛打击，也导致蔡泽鏛在执行任务中被抓入福州监狱。
薛品萱得知后，立刻联系了舅舅林辰翰，因为舅舅和典狱长有过交情，同为国民党工作，所以他忙前跑后托关系，花了几千大洋终于救出亲外甥蔡泽鏛。离开监狱的那一刻，蔡泽鏛见到了妻子薛品萱和舅舅林辰翰，回到家里更是有愧于母亲。
这些年以来，薛品萱都看了蔡泽鏛留在书房的书，向其表明自己从不后悔嫁给他。同样，蔡泽鏛明白了薛品萱的心意，两人深情相拥，成为真正的夫妻。但是没过多久，报纸上刊登的一则暗语让蔡泽鐺变得心事重重，薛品萱深谙蔡泽鏛的心思，鼓励他继续追求理想。
最终，蔡泽鏛重返上海，试图联系组织和自己的上级长衫先生，奈何未能成功，只好继续学业，并在林辰翰的安排下转学到同济大学。此刻的上海在白色笼罩下变得异常紧张，蔡泽鏛通过报纸发现长衫先生被捕牺牲，内心深受震惊。
蔡泽鏛来同济大学报到，看见昔日的老师苏卿武，而他所表现出的数学天赋，得到国民党高官黄季弼拉拢。另一边，中共特科的明松主动联系上海地下党组织负责人夏天，向其传达组织要求尽快开办无线电培训班一事，具体时间地点由他来落实，并挑选出可信之人担任培训班的警戒保卫工作。
下午的时候，蔡泽鏛看见苏卿武老师和夏天站在楼下聊天，忽然想起曾与夏天有过一面之缘。当晚林辰翰生气指责蔡泽鏛还在看危险刊物，提醒他不要再接触共产党的组织，更担心他已经加入共产党，蔡泽鏛为了让舅舅安心，直言以前参加过进步组织，本来是想要寻找长衫先生，怎知长衫先生已经牺牲。林辰翰松了口气，希望蔡泽鏛千万别走错路，做任何事都要想想家里，蔡泽鏛意外获悉妻子薛品萱生了孩子，为此很是高兴。
陶戈听过黄季弼的讲座后，毅然决然申请加入他的课题组，蔡泽鏛亦是对数学产生浓厚的兴趣。第二天早上，蔡泽鏛发现经常卖报的男人张贴“业余无线电培训班招收学员”的告示，猜测应该和党组织有关，便化名蔡威前往参加报名，恰好被夏天撞见。
经此一事，夏天怀疑蔡泽鏛的身份，通知苏卿武找机会弄清楚蔡泽鏛的身份。苏卿武以需要蔡泽鐺帮忙为由，约他在老宅子见面，用《夏培尔上校》试探并确认了蔡泽鐺共产党的身份。夏天已经查到蔡泽鏛是共产党人，但无法确定他是否叛变，蔡泽鏛真心实意的话，彻底打动了夏天和苏卿武，正式回归共产党的队伍。
陶戈和周沫成为黄季弼课题小组成员，从中学习了非常多的无线电知识。在学习组装电台的过程中，周沫主动提出给彼此想个关键词名字，以后看见这个词就能想到对方，所以周沫以陶戈的英文给他取名老虎，陶戈则是给周沫取名喜鹊，表示每次跟她相处都很快乐喜悦。
反观蔡泽鏛等五人顺利结业，进入明松所带领的小组开始准备电台。由于电台部件管控非常严格，蔡泽鏛只能去电器商店里询问，老板向他透露大的无线电都被政府购买，像是他这种私人电台爱好者，普遍都叫做“火腿”，想要电台只能靠自己来组装。
也正因如此，蔡泽鏛买了些零件按照书里步骤进行，很快就到了回家探望亲人的日子。因为蔡泽鏛光顾着电台的事情，忘记了给家里人买礼物，林辰翰表示出发当天顺路再买礼物也不迟，结果蔡泽鏛发现国民党特务已经查到培训班大量购买电器的事情。
为了阻止培训班被国民党搜查，蔡泽鏛不得不放弃回家探望亲人，匆忙赶往培训班告知众人藏起来，幸好他的及时通知，所有人躲过一劫。另一边，蔡母林莺得知蔡泽鏛没跟着林辰翰回宁德，失望不已，但林辰翰和薛品萱为蔡泽鏛说尽好话。
当天晚上，陈笠璜紧急召开国民党内部会议，针对上海中共地下组织秘密筹备无线电台通讯，决定要在全上海进行一次拉网式搜捕排查。黄季弼认为这种方法过于兴师动众，不仅会影响到普通民众的生活，而且极有可能会伤及无辜，以目前对无线电台的严格管控来看，真正关注点应该是对大功率无线电配件严加管束。所以在黄季弼的建议下，陈笠璜同意监控所有的无线电设备零售商，把调查重点放在无线电设备零部件的购买渠道上。
明松和夏天收到这个消息后，不得不找到苏卿武协助购买配件。夏天以堂叔身份来学校见苏卿武，恰巧这一幕被陶戈看见。与此同时，黄季弼主动找来蔡泽鏛，邀请他加入课题组，但是蔡泽鐺找借口推脱，最后表示考虑三天再给答案。
回到家里后，蔡泽鏛尝试用组装好的电台往外发报联系火腿们，殊不知自己都被国民党监控，但是这种明着的频率电波并未引起国民党的怀疑，认为极有可能就是无线电台的爱好者，可黄季弼不会放过任何蛛丝马迹。
转眼三天时间过去，黄季弼没有得到蔡泽鏛的答复，为此有些遗憾。陶戈得知蔡泽鏛居然拒绝了黄季弼，便对蔡泽鏛的身份产生怀疑，暗中派便衣特务跟踪，幸好店老板帮助蔡泽鏛打了掩护。
尽管蔡泽鏛成功组装了小功率电台，奈何电台无法持续性工作，再加上国民党对电子管的管控更加严格，他从舅舅的进口电台拿到元器件B443组装到小电台里，结果引发火灾。蔡泽鏛为了灭火，险些错过小组的秘密会议，幸好最后一刻及时赶来。
明松宣布蔡泽鏛正式加入电台筹备小组，上级指示他们要分成两个小组，第一小组由国起功担任组长，第二组则是夏天负责领导，徐正业负责机务，蔡泽鏛负责报务，而且两个小组要停止一切接触，不经组织批准不得有任何联系，蔡泽鏛向众人透露进口收音机有电子管可替代。
在蔡泽鏛和苏卿武的配合下，两人从大哥苏卿文家里，借着维修收音机为由，狸猫换太子地拿到B443，组装出了第一部15W功率电台。没过多久，苏家司机阿庚突然被带走，陶戈找到黄季弼，称蔡泽鐺是G产党。
根据已经叛变的地下党交代，国民党掌握了蔡泽鏛、苏卿武等多位共产党人信息。陈笠璜迅速带人搜查同济大学，但是没有找到任何有用资料，便派手下砸了档案室也要看见蔡泽鏛的名字。
反观陶戈独自来找苏卿武，试图套话被识破，索性要求她跟自己去见黄季弼一趟。另一边，培训班众人被告知党内有人叛变，必须立刻撤离上海。苏卿武刺伤陶戈，急忙赶来通知众人已经暴露，蔡泽鏛打消给家人留信的想法，与徐正业、曲向东、宋小波踏上路程。
待大家离开以后，苏卿武留下来负责销毁文件，砸碎组装好的电台，与一众便衣特务发生正面冲突，直至最后时刻，用一颗子弹结束自己的生命，宁死也不落入国民党特务手里，壮烈牺牲。
林辰翰将蔡泽鐺失踪的消息带回宁德，并宽慰蔡母和薛品萱，纵然蔡家在宁德有些根基，可是国民党实力不可小觑，他现在不往家跑就是保护家人。此刻戴恩曾专门从南京来上海，为陈笠璜、黄季弼二人带来蔡泽鏛等人藏身真如的消息，邀请黄季弼一同前往抓捕。
夏天也给蔡泽鏛他们带来了两个消息，好消息是赣闽苏区根据地在毛泽东和朱德的带领下，取得了第二次反“围剿”的胜利，进一步巩固了赣闽苏区根据地，可坏消息却是由于这次“围剿”失败，国民党现在把鄂豫皖苏区彻底围了起来，导致目前情况十分危急，而他们没有电台无法及时把消息传递出去，急需懂得无线电的干部帮忙建立电台，这时候就需要蔡泽鏛等人奔赴前线。
大家自然是义不容辞，时间紧任务重，他们紧急背诵组织内部通信的呼号和明码本，并在夏天等人的掩护下，躲过了国民党特务的搜查，乘坐小船前往昆山，入住了锦鲤旅舍。老板娘是此处联络站负责人，奉命传达上级的指示，根据四个年轻人的特点编了新身份。
四个年轻人刚换好衣服，老板娘过来告知情况突变，本来组织上安排他们从昆山坐火车直达南京，可是刚才传来有叛徒出卖导致一个交通站被国民党调查科破坏，必须要更改原计划走第二条路线，需在当地盘桓三日后再出发。
同一时间里，陈笠璜获悉护送蔡泽鏛等人的消息，尽管不知道四个年轻人的具体样貌身份，但足以说明四人职位不低。等到三天后，国民党特务在各个地点设哨盘查，阿六为让四人顺利离开这里，趁机制造混乱，更是为掩护蔡泽鏛中弹身亡，令蔡泽鏛陷入自责。
开往赣闽苏区的火车上，蔡泽鏛伤心痛哭，老交通员以亲身经历开导蔡威，即便大儿子的牺牲让他非常难过，可若是世道不公，一代又一代人都会继续为之流血乃至献出生命。听着老交通员的话，蔡泽鏛感到震惊不已。
陶戈侥幸活了下来，因祸得福受封国民党上尉军衔，周沫毅然决然留在上海照顾陶戈。与此同时，老交通员父子连夜将蔡泽鏛他们交给当地的地下党，可是蔡泽鏛因阿六之死而情绪不佳，苦恼自己当初一股脑跟着组织是否正确，众人也为牺牲是否值得起了争议。徐正业告诉蔡泽鏛，参与革命的同志都是抛头颅洒热血，他们背负着前方急需电台的重要任务，只有早一天组建好电台，避免更多人牺牲。
最终，在其他人的劝说下，蔡泽鏛勇于正视死亡，不再退避。第二天一早，四人根据上级的密码情报指示，共分为两组行动，蔡泽鏛和徐正业走淮安线，曲向东和宋小波走蚌埠线，相约在新集相见。