1940年，中国作为反法西斯战争最重要的战场之一，进入中日相持阶段。为了加速侵华，日军正在秘密策划一场骇人听闻的细菌战，于是日军决定加快研究细菌战武器。从南京大屠杀中独自逃出来的医生金神水，去了日军设立的“嘉宝模范区”桃花镇。金神水无意中救了生化专家白大一，却是一系列复杂事件的开始。桃花镇歌舞升平的面纱逐渐被掀开，非人的细菌人体实验、恐怖致命的脑控药物实验一一浮出水面。在党组织的指导下，金申水熟练地对付狡猾的敌人，几次冒着生命危险。最终，在同样痛恨日军的女医生林莹莹的掩护下，金神水以生命为代价，联合新四军和游击队，在桃花镇彻底消灭了日军，同时揭露了日军在利用人体进行细菌试验中犯下的种种罪行。金申水从一名普通的爱国青年成长为一名优秀的共产党员。