1943年，日军在莲花镇洞山煤矿开辟的新矿区里，矿工和守军离奇伤亡。他们的伤情扑朔迷离，在煤矿医院工作的日本医生安藤美惠潜心研究，想要治好患者。美、德两国闻风而动。德国派华裔采矿学家沈绍元前往。美国也要求军统派遣特工去莲花镇调查。沈绍元被八路军抓获。党组织了解到沈绍元的情况后，向鲁南军区运河支队下达了一道命令，由支队政治处何主任设法营救出军统大牢中的采矿系学生罗启明，让他冒充沈绍元，前往莲花镇调查真相。罗启明出生在莲花镇，与矿主周中兴的女儿周雅青是青梅竹马的恋人，他与沈绍元的性格和生活习惯截然不同，如何扮演好这个角色，如何面对亲人、恋人及凶残的敌人，做到滴水不漏，成了罗启明亟需解决的难题。
罗启明因牢狱之灾与周雅青失联多年，但周雅青却一直苦守着爱情等他归来。谁知，罗启明越狱身亡的消息传来，周雅青在绝望中答应嫁给罗启明的好兄弟、矿警队长关天雄。然而就在这时，罗启明回到了莲花镇。
在欢迎酒会上，罗启明认识了安藤美惠，美惠被罗启明深深吸引。而周雅青和关天雄的婚事却因他的出现发生了变化。
罗启明忍受着与爱人和亲人不能相认的痛苦，在运河支队的领导及配合下展开工作。他刻意接近美惠，打探新矿区的消息。而军统特工梦瑶也潜入矿区，试图盗取新矿区的资料。
周雅青始终觉得“沈绍元”就是罗启明，因此罔顾人命，不惜利用土匪黑虎，试探启明。谁知计划失败，周雅青被黑虎敲诈，误入歧途。周雅青一系列极端的举动让罗启明与她渐行渐远，而关天雄却为了周雅青成为日本人健二的帮凶。
美惠的父亲安藤正吉出任莲花镇日军指挥官，罗启明的种种举动让美惠对他产生了怀疑，两人开始了一段相爱相杀的生死角逐。
罗启明想尽办法打探新矿区的情报，可进展艰难。军统那边梦瑶也陷入僵局，于是两人合作潜入新矿区，终于得知新矿区出产的是富铀煤，而死伤的守军和矿工皆因辐射才会患上怪病。
运河支队意识到以中国目前的科技水平很难阻止日军的阴谋，于是委派何主任潜入莲花镇，组织矿工，酝酿起义。罗启明希望美惠协助，遭到拒绝。美惠夹在父亲和爱人中间，左右为难，决定离开中国。日本人正吉与健二合谋，假意以叛国罪处死美惠。罗启明冒着生命危险救走美惠，两个人的爱情进一步升温。为拆散他们，周雅青在美惠的药物中做手脚，令她病情恶化。小石榴根据祖传的偏方上山采药，美惠得救了，小石榴却惨死在日军枪下。美惠痛心疾首，决定协助罗启明完成任务，
生死翻盘剧照
在美惠的帮助下，罗启明终于了解到日军在新区的军事部署，运河支队据此制定起义方案，但由于日军的严密封锁，矿工得不到武器支援。
罗启明只得请求周兴中交出当年藏匿的一批武器，周雅青趁机提出与罗启明结婚，罗启明顾全大局，忍痛割舍对美惠的爱，答应了她的条件。美惠黯然离开。
罗启明和周雅青婚讯传出，关天雄彻底失去理智，向正吉告发了罗启明。因担心周雅青受到牵连，他说出美惠身世的秘密，让周雅青去日本投奔美惠。原来美惠正是周雅青自幼失踪的亲妹妹周雅雯!周雅青震惊之余，对自己曾经的所作所为深感后悔。她前去刺杀正吉，却被三和杀死。关天雄交代手下随罗启明起义后，找三和报仇，与三和同归于尽。
运河支队在城外牵制住莲花镇日军主力，何主任、罗启明在城内率领矿工与驻守的敌人展开殊死搏斗。日本研究所成员被一网打尽，罗启明和梦瑶拿到研究资料后，炸毁了实验室和矿井，撤进黑虎寨。安藤正吉却挟持了美惠，让罗启明用资料交换。
罗启明一番布置，雅雯获救，周兴中与安藤正吉同归于尽。资料也被炸成飞灰。
何主任代表组织祝贺起义成功，并授予“黑旋风抗日支队”番号。山上，一面印有“黑旋风”的大旗冉冉升起……
