1944年年底，在樊庆笙教授等人的努力下，中国生产出了第一批5万单位/瓶的盘尼西林，俗称“青霉素”，成为世界上率先制造出盘尼西林的七个国家之一。中共上海地下党很快得到了青霉素的菌种和配方，并利用中山医院实验室主任齐小云的身份和实验室的有利条件秘密试验和生产青霉素。第一次青霉素样本试制出来后，由医院神经外科主任陈慧琳的未婚夫、上海麻醉协会秘书长邓红负责送出敌占区。然而，由于叛徒出卖，邓红暴露了。为了保证青霉素秘密不被日本人发现，邓红毅然将青霉素样本吃进了自己的肚子，玻璃划破了他的喉咙，对青霉素过敏的他，因青霉素过敏而死亡。正等着进入婚礼殿堂的陈慧琳面对邓红的尸体，不甘心，不理解。为了弄清真相，她固执地去给邓红做尸检。此料，她这一尸检，彻底暴露了共产党在中山医院秘密试验青霉素的秘密。这个秘密马上就被日军参谋本部获知。为了掠夺到这在当时还很稀缺药品的专利，日本人在东条英玑的亲自过问下制定了一个青梅计划，计划的实质内容就是要不择手段地从中国获取青霉素的配方和菌种。国民党政府为了巩固自己对青霉素的垄断地位，上海斧头帮为了牟取战争暴利，南京政府为了拥有和日本人讨价还价的本钱也都盯上了中山医院里这稀有的青霉素菌种和配方。日本参谋部委派野战军出身的木津大佐到中山医院来实施青梅计划。他野蛮地枪杀了中方的药房主任，引起了陈慧琳等人的愤怒，她们开始罢医、罢工。为了平息罢医罢工风潮，实施青梅计划，日军参谋部勉强派来“正直”的心理医生西义敏郎临时出任医院的日方副院长。西义敏郎一出场，就用他心理医生的魔力让亲手杀害药房主任的凶手森春原少佐剖腹自杀。不仅如此，他还在陈慧琳的帮助下和木津大佐以及汉奸翻译官张东洋针锋相对，挫败日军想独霸医院、残杀中国医生和病员的阴谋。其实，陈慧琳心里一直就喜欢着自己的同学西义敏郎，但对方的身份让陈慧琳那极度的民族尊严横亘在中间，加上“小人似”的张东洋不断地骚扰，她才决定和自己并不爱的邓红结婚的，目的是为了割断自己对西义敏郎的思念。然而，邓红走了，西义敏郎出现了，经过心理疗伤后，陈慧琳终于在西义敏郎面前承认了自己的感情了。木津大佐抓捕了齐小云，拿她六岁的女儿来要挟她。齐小云为了不让女儿受牵连和保卫青霉素的秘密自杀未遂。木津被迫送齐小云到陈慧琳的手术室去抢救。外科女技师强子把残害自己的木津刺成重伤，也逃进了陈慧琳的手术室躲藏。陈慧琳为了营救强子，不得不给身受重伤的木津实施抢救手术。这让躲在手术室里的强子甚为不满；为了让倔强的强子脱离魔爪，陈慧琳和她的同事黄元本等人展开了一场惊心动魄的营救行动。不巧的是，正当她们营救行动即将成功的时候，陈慧琳的表妹——患有严重歇斯底里心理病症的实验室合成员袁真，却怀疑自己的丈夫黄元本和表姐有染。袁真的出现，险些让强子落入日本人之手。是西义敏郎及时出现才让强子得以生还，这让陈慧琳等人再一次平安。