1931年“九一八”事变后，日本侵略者控制东三省并加以侵略华北大地，而《潘多拉的秘密》则以此为背景，讲述几位身份截然不同的情报人员，在“潘多拉”计划的引诱下，共同奋战的传奇故事。1934年底，三位东北空军将士被日军俘虏，但最终被解救回到天津。国民党方面怀疑其中一位已经叛变，于是派琉璃子监视空军少校上官羽破。在调查过程中，琉璃子逐渐爱上了上官羽破，但他与女朋友墨纯的感情使两人陷入纠结。上官羽破也接触到了共产主义的主张，内心产生了信念。最终，姜城叛变，彭越牺牲，而上官羽破和琉璃子也面临着艰难的抉择。
