1947年夏季深夜,东城分局两名职业警察巡逻至东单附近时,发现房顶有可疑人影。经验丰富的老警察童小武判断可能是飞贼作案,提及北平曾活跃的义贼燕子李三及其恶名昭彰的徒弟飞贼小狸猫。两人蹲守后成功抓获翻墙行窃者,确认其为小狸猫,连夜押送市警察局看守所。然而小狸猫实为军统特务叶翔之器重的奇才,次日即被军统高层保释,导致参与抓捕的警察遭报复杀害。
数月后,西城分局接到福吉汽车行抢劫案报案。南下工作团学员叶嘉华称遭司机老白持刀抢劫财物,警方根据车牌号逮捕老白。老白拒不认罪,反控乘客诬陷,并要求联系侦讯处长吕志先。公安干部纪敏与童小武介入调查,发现老白曾为地下党工作,案件时间与小狸猫潜回北平重合,推测可能系军统特务栽赃。
审讯中,老白坚称清白,揭露乘客叶嘉华身份存疑。纪敏发现案件证据矛盾,结合军统特务缩骨法绝技等线索,认为此案系敌特为灭口及扰乱治安制造的冤案。吕志先决定由市局接管案件,深入调查飞贼小狸猫与军统的关联,试图揭开双重阴谋背后的真相。