1940年春，伪满政权治下的滨江，看似平静的表象下蕴藏着阵阵暗涌。
日本人占领东北近十年，抗联刚因叛徒遭受了重大打击，日本人仍在大肆搜捕抗日分子，到处一片风声鹤唳。
这一切看起来与年定邦、常青这对普通夫妻毫无干系，丈夫定邦是个寻常的电影放映员，平日谨小慎微，而妻子常青则是个正直能干的年轻医生。
两人结婚已经三年了， 只要熬过今天，常青、定邦就能回到关内，奔向他们一直憧憬的新生活。虽然常青、定邦感情融洽，但在这段婚姻里却蕴藏了一个重大秘密——早在常青与定邦结婚之前，就已是一个抗日分子。
常青选择了对定邦隐瞒身份。幸运的是，定邦一直没有察觉她的秘密，常青虽然受过特训，却一直被安排负责获取药品的工作，从没有真正面临过危险。
零下三十八度剧照
这一天，常青如常去上班，午休时借自己的假天主教徒身份去教堂，最后一次与上级鲁远接头，听说另一名地下党成员“账本”正在执行偷取抗联叛徒名单的任务，常青心脏不安，鲁远让常青安心回去上班，好好度过在滨江的最后一天。
但事情远没有这么顺利，带着叛徒名单来滨江的松本队长在火车上被“账本”击伤，“账本”未能成功夺取名单，负伤跳车逃亡。同时，在这列火车上，还有一对从关内过来，声称来探望儿子的老俩口钱子恩和梅玉。
下班后，定邦来到市场，希望给常青买大米吃。米店老板却畏于法令，不敢擅自卖米给中国人。一个抢米贼出现，抢去了定邦的自行车。定邦在追赶过程中，意外遭遇了受伤的“账本”，老实的定邦不想惹祸，慌张离开，“账本”被逮捕。
同时，受伤的松本被送进医院，医院院长要求常青参与明天的手术，常青一开始并不知道松本与抗联叛徒名单有关，担心这个手术会影响她明天离开的计划，以各种理由推脱。此时石成龙也带着“账本”来到医院，在了解到账本身份之后，常青大惊，主动要求为账本做手术。
急救室里，从未与账本见过面的常青想尽办法让账本相信了自己的身份，向常青交代完情况之后，账本不想成为敌人威胁同志的筹码，趁众人不备，毅然自尽，常青来不及挽救。
唯有答应成为松本的主刀医生，常青才能借机获取情报，但这样一来，常青就没法如约和定邦一起明天离开。
是去是留?常青陷入两难境地。
零下三十八度第2集剧情介绍常青饱受打击，昏昏沉沉地回到家中。
一想到“账本”的遗言，常青就觉得没法心安理得地离开，她觉得自己如果参与手术就可以借机获取情报，但那样就可能延误火车。考虑再三，常青跟年定邦请求延期离开。原本兴高采烈给常青做好了白米饭的定邦很是惊讶与生气。定邦无法理解妻子为了一个手术延误两人重要的计划，常青也无法说清真实原因，年定邦很生气，夫妻俩产生了隔阂。
第二天的清晨，常青主动准备早饭，希望定邦能够谅解她，但她却不能直接告诉定邦自己是为了获取松本手上的情报而要留下，定邦不理解常青，俩夫妻因此闹起了别扭。
常青去教堂找鲁远汇报情况，却听说鲁远进了山，常青只得先去医院，想趁手术之机偷特使包里的文件。常青想要借自己是主刀医生的身份接近松本，却被阻拦，常青只得巧妙地利用石成龙，来到松本病房，并伺机将松本身边的军医遣走。
同时，东乡乘坐火车回到了滨江，就在东乡赶往医院之际，常青终于拿到了松本的公文包，看到了导致杨靖宇将军被杀的叛徒名单。可是，常青也发现在公文包隔层里还有另外一份机密，常青正要拿取文件的时候，松本苏醒，对常青执枪相向。
