1940年，中国战场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，于是日军决定加快细菌战的研究。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揭开，惨无人道的细菌人体实验和恐怖致命的人脑控制药物实验一一浮出水面。在党组织的指导下，金申水几次冒着生命危险，巧妙地与狡猾的敌人周旋。最终，在对日军有着同样仇恨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，彻底消灭了桃花镇的日军，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。金水耕从一名普通的爱国青年成长为一名优秀的共产党员。