《古城谍影》讲述1949年举国欢庆——新中国的开国大典即将举行。但是，此时刚刚平静的社会中仍然存在着很多隐患，就在刚刚解放不久的边防重镇——丹城，国民党特务活动猖獗。他们企图密谋颠覆新生的红色政权。战争中的侦察英雄徐程冬刚刚凯旋归来，就临时奉命来到丹城市公安局，全面负责特务清查的工作。师长贺群山的女儿贺芝圆一直暗恋徐程冬，而丹城市市长的高平也觉得二人是天生一对。岂料，他们刚刚进入丹城，车队就遭到匪徒伏击。贺群山牺牲，并在临终前将贺芝圆托付给徐程冬。对此，徐程冬内心非常矛盾，因为早在上海担任地下联络员的时候，他就与假扮夫妻的葛茵红互有好感，只是由于工作需要，就那以后两人天各一方，失去了联系。但是，为了不辜负师长的临终嘱托，也为了照顾孤苦伶仃的芝圆，徐程冬终于还是答应了这门“亲事”。之后，他全情投入侦察工作之中，暂时忘却了情感矛盾。谁知就在徐程冬和贺芝圆准备完婚之际，昔日的恋人葛茵红意外出现，并再次协助他开展特务秘密自首的工作。