一陣刺耳的電話鈴聲將林雲飛從睡夢中驚醒，電話中傳出副科長董智超急促的聲音：“八所秦工程師在火車站丟失了裝有重要科研項目的機密文件包，此事引起上層的高度重視，你速趕到鐵路公安局。”林雲飛與偵察員曹陽驅車趕到鐵路公安局時，董智超告訴林雲飛，公安已經破案了，是一起普通的盜竊案，讓林雲飛與公安做好收尾工作。林雲飛在觀看對小偷的審問錄像時，發現了破綻，並迅速報告了處長洪子城。有著豐富偵破經驗的洪處長敏銳意識到這很可能是一件間諜案，決定接手此案，並迅速采取了措施。在對八所的有關人員進行甄別排查時，發現張銓有重大嫌疑，就在將要對其進行詢問時，張銓突然被殺。在對現場進行勘查和對目擊證人詢問後，拘留了三個可能殺害張銓的嫌疑人，並對其進行了審問，但三人的表現都似乎符合邏輯，也沒有殺害張銓的理由。此時上級通報，失竊情報可能在48小時內通過衛星自動發射。時間一分一秒地過去，案件毫無進展。林雲飛提出了一個大膽的想法……
    就在失竊情報即將自動發射的關鍵時刻，林雲飛運用特殊的偵察手段，使代號“無麵人”的境外間諜分子不得不低頭認罪，外線偵察員也成功地截獲了失竊情報。正當大家慶賀勝利時，傳來一個意想不到的消息：本市的另一個國家航天重點科研機構——動力所的重要科研計劃已經被泄露到了境外……
    在案情分析會上，關廳長帶來了年輕的女偵察員石慧，並宣布她為偵察科新科長，具體負責專案組的偵破工作。這讓兩個鉚著勁的副科長林雲飛和董智超很不解。為了便於偵破此案，處裏決定派林雲飛以動力所辦公室副主任的身份進入動力所，進行跟蹤偵察。林雲飛利用辦公室副主任的身份對全所的重要部門、重點部位以及重要人員進行了細致的檢查，沒有發現任何可疑情況。此時石慧提出對全所進行一次全麵的安全檢查，不想發現火箭燃料K1樣品少了，而且毫無線索。林雲飛非常自責在自己眼皮底下K1樣品丟失，回想在動力所的每個細節，一個重要人物也出現在自己的眼前，林雲飛提出了一個讓人不敢想象的大膽設想——可能是動力所工程師袁知方監守自盜。經過嚴密的偵察、分析，證實了林雲飛的想法，袁知方為了兒子，不得不違心地做出了危害國家的行為，其背後一個代號為“戴安娜”的境外間諜小組浮出水麵。專案組果斷出擊，抓獲了間諜嫌疑人，並在機場截獲了K1樣品。在對樣品進行檢驗時，發現K1樣品少了一半……
    “戴安娜”背後一定還有更危險的人物，這個人是誰成了破案的關鍵。隨著偵察的進一步深入，一個神秘女人出現在偵察員的視線內。此人就是與林雲飛有過交往的TTC公司董事長金夢。據查金夢在國外加入了A國間諜組織，利用我國改革開放之機，在本市成立了TTC公司，其目的就是竊取我國的高科技情報，這個TTC公司很可能就是境外間諜組織設立的重要場所。而金夢對林雲飛有“副省長”親戚的特殊背景很感興趣，正力請林雲飛到TTC公司工作。針對這一情況，石慧建議派林打入TTC公司，近敵偵察。
    境外間諜組織指示金夢對林雲飛進行了嚴密的考察，甚至采用進行刺殺石慧來考驗林雲飛。在石慧等偵察員的密切配合下，林雲飛逐個化解了一次又一次的危機，也逐漸取得了金夢對自己的信任，隻是負責組織安全的王躍龍對林雲飛仍不放心。正當林雲飛在TTC公司逐漸順利展開工作時，動力所的火箭燃料樣品K2配方又被竊取了……
    種種跡象表明，在八所和動力所發生的一係列案件，隻是境外間諜組織此次行動的序曲，更大的陰謀正悄悄地展開。根據多種渠道得到的境外間諜組織的活動情況證實，以及對目前案情的分析，境外組織正進行旨在竊取我國航天高科技情報，破壞我國航天計劃的“終極目標”行動。林雲飛利用金夢對其的信任，逐步掌握了TTC公司基本情況，並成功地進入了TTC公司的C區，證實此處是敵人重要的實驗基地，正在分析K1樣品的合成成分，待分析成功後，準備與K2樣品配方一起送往境外。而金夢也想利用林雲飛的特殊身份幫其運輸，在得到其上級“國王”的批準後，企圖利用對林雲飛的“感情”拉林雲飛下水。林雲飛將計就計，答應了金夢的要求，並通過了金夢等人的進一步的各種考察，成功地打入間諜組織。與此同時，董智超也通過電腦網絡發現“國王”利用電腦瘋子，企圖通過網絡攻擊我火箭研究和發射程序。
    偵破工作正按我方縝密計劃順利進行著，不料，金夢突然接到“國王”的指令：林雲飛是國安偵察員，在適當時機幹掉他。為了林雲飛的安全，洪處長緊急召回了林雲飛，並準備緊急改變計劃。林雲飛冷靜地分析了情況，並說服洪處長利用敵還未對其采取措施的機會，回到TTC公司，裏應外合將敵人一網打盡。臨行前，董智超為林雲飛帶上了定位跟蹤器。
    夜深人靜之時林雲飛突然接到金夢電話，“國王”要召見他。當林雲飛跟隨金夢來到地下車庫時，等待他的卻是王躍龍與何強。四人換車來到一個舊汽車修理廠，何強給林雲飛強行戴上了手表。林雲飛立刻意識到自己完全失去了自由，趁何強推搡之機，巧妙地為戰友留下了信號。與此同時，偵察員曹陽與孟歌跟蹤到汽車修理廠，信號卻突然消失了。原來何強給林雲飛帶上的是一個強力幹擾器。石慧接到報告後決定立即采取行動，在防暴警察配合下包圍了汽車修理廠，並進行了仔細搜查，結果隻發現了被丟棄的汽車……
    海邊，霧氣蒙蒙，金夢露出了猙獰的麵孔，王躍龍與何強用槍抵住了林雲飛的額頭。金夢逼問林雲飛為什麼欺騙自己的感情，林雲飛大義凜然地告訴金夢，當她背叛祖國的那一天開始，她就沒資格談論感情，金夢氣急敗壞地命令何強引爆裝在林雲飛身上的微型炸彈……
    在這萬分危急時刻，何強突然掉轉槍口指向金夢與王躍龍，命令金夢、王躍龍放下武器。王躍龍突然開槍，與金夢慌忙逃向海邊停靠的汽艇，何強迅速追擊。此時，石慧帶領幹警及時趕到，海麵上我武裝摩托艇也迅速從三麵衝來，金夢與王躍龍成了甕中之鱉，其利用汽艇與等在公海的某國潛艇彙合的企圖破滅，“國王”雙K樂章中的第一樂章戛然而止。偵察員乘勝追擊，抓獲了執行第二樂章的電腦瘋子，並在“國王”逃跑途中將其截獲。至此，由境外間諜組織精心策劃的“終極目標”計劃徹底破產。
    一縷燦爛的陽光穿過雲層灑滿大地，迅速成長的林雲飛等年輕偵察員又奔赴新的工作崗位……
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