年代的东北，伪满统治下的哈尔滨笼罩在极寒与白色恐怖中。外科医生年定邦（于和伟饰）与妻子常青（王丽坤饰）经营着一家小诊所，看似过着平静的生活，却各自隐藏着不为人知的秘密——两人实为分属不同阵营的特工，年定邦是潜伏的中共地下党员，常青则是国民党军统特务，而他们对彼此的真实身份一无所知。

一个暴雪之夜，年定邦意外卷入日军“黑风计划”的情报争夺战。该计划旨在运输一批生化武器原料，一旦成功将对抗联根据地造成毁灭性打击。他在执行任务时，发现线索竟指向妻子常青负责的军统小组。与此同时，常青接到上级指令，要求截获日军情报并除掉可能泄密的“内鬼”，而她暗中调查的嫌疑人，正是自己的丈夫。

随着调查深入，两人在一次次行动中频繁交锋：年定邦利用医生身份掩护，在日军医院偷换情报、制造混乱；常青则凭借敏锐的洞察力，多次险些揭穿年定邦的伪装。一次突袭日军仓库的行动中，年定邦为保护情报负伤，常青冒险相救，却在他随身物品中发现了地下党的联络暗号。震惊与怀疑之下，她并未立刻揭发，内心在任务与情感间剧烈挣扎。

日军特务头目北野（王志刚饰）察觉到两人的异常，设下连环圈套：先是伪造年定邦通敌的证据，引诱常青上钩；又故意泄露假情报，企图将地下党和军统一网打尽。在一场零下三十八度的雪地追击中，年定邦为掩护同志暴露身份，常青目睹他为保护百姓与日军殊死搏斗的场景，终于认清国民党的腐败与共产党的信仰。

关键时刻，常青撕毁处决令，选择站在年定邦一边。两人在冰天雪地中并肩作战，利用对地形的熟悉和各自的技能，炸毁了日军的生化原料运输列车。当朝阳升起，雪地染成血色，他们卸下伪装，以真实的身份拥抱，尽管阵营曾对立，但在民族大义面前，信仰与爱情最终在极寒中熔铸成不灭的火光。

剧集以极致的环境渲染和人物内心的矛盾冲突，展现了特殊年代里，个体在信仰、情感与家国命运间的挣扎与抉择，零下三十八度的严寒不仅是自然环境的写照，更是人性与阴谋博弈的冰冷战场。