集數：38集
1944年年底，在樊慶笙教授等人的努力下，中國生產出了第一批5萬單位／瓶的盤尼西林，俗稱“青黴素”，成為世界上率先製造出盤尼西林的七個國家之一。
中共上海地下黨很快得到了青黴素的菌種和配方，並利用中山醫院實驗室主任齊小雲的身份和實驗室的有利條件秘密試驗和生產青黴素。
第一次青黴素樣本試製出來後，由醫院神經外科主任陳慧琳的未婚夫、上海麻醉協會秘書長鄧紅負責送出敵佔區。然而，由於叛徒出賣，鄧紅暴露了。為了保證青黴素秘密不被日本人發現，鄧紅毅然將青黴素樣本吃進了自己的肚子，玻璃劃破了他的喉嚨，對青黴素過敏的他，因青黴素過敏而死亡。
正等著進入婚禮殿堂的陳慧琳面對鄧紅的屍體，不甘心，不理解。為了弄清真相，她固執地去給鄧紅做屍檢。此料，她這一屍檢，徹底暴露了共產黨在中山醫院秘密試驗青黴素的秘密。
這個秘密馬上就被日軍參謀本部獲知。為了掠奪到這在當時還很稀缺藥品的專利，日本人在東條英璣的親自過問下制定了一個青梅計畫，計畫的實質內容就是要不擇手段地從中國獲取青黴素的配方和菌種。
國民黨政府為了鞏固自己對青黴素的壟斷地位，上海斧頭幫為了牟取戰爭暴利，南京政府為了擁有和日本人討價還價的本錢也都盯上了中山醫院裏這稀有的青黴素菌種和配方。
日本參謀部委派野戰軍出身的木津大佐到中山醫院來實施青梅計畫。他野蠻地槍殺了中方的藥房主任，引起了陳慧琳等人的憤怒，她們開始罷醫、罷工。為了平息罷醫罷工風潮，實施青梅計畫，日軍參謀部勉強派來“正直”的心理醫生西義敏郎臨時出任醫院的日方副院長。
西義敏郎一出場，就用他心理醫生的魔力讓親手殺害藥房主任的兇手森春原少佐剖腹自殺。不僅如此，他還在陳慧琳的幫助下和木津大佐以及漢奸翻譯官張東洋針鋒相對，挫敗日軍想獨霸醫院、殘殺中國醫生和病員的陰謀。
其實，陳慧琳心裏一直就喜歡著自己的同學西義敏郎，但對方的身份讓陳慧琳那極度的民族尊嚴橫亙在中間，加上“小人似”的張東洋不斷地騷擾，她才決定和自己並不愛的鄧紅結婚的，目的是為了割斷自己對西義敏郎的思念。然而，鄧紅走了，西義敏郎出現了，經過心理療傷後，陳慧琳終於在西義敏郎面前承認了自己的感情了。
木津大佐抓捕了齊小雲，拿她六歲的女兒來要脅她。齊小雲為了不讓女兒受牽連和保衛青黴素的秘密自殺未遂。木津被迫送齊小雲到陳慧琳的手術室去搶救。
外科女技師強子把殘害自己的木津刺成重傷，也逃進了陳慧琳的手術室躲藏。陳慧琳為了營救強子，不得不給身受重傷的木津實施搶救手術。這讓躲在手術室裏的強子甚為不滿；為了讓倔強的強子脫離魔爪，陳慧琳和她的同事黃元本等人展開了一場驚心動魄的營救行動。不巧的是，正當她們營救行動即將成功的時候，陳慧琳的表妹----患有嚴重歇斯底里心理病症的實驗室合成員袁真，卻懷疑自己的丈夫黃元本和表姐有染。袁真的出現，險些讓強子落入日本人之手。是西義敏郎及時出現才讓強子得以生還，這讓陳慧琳等人再一次平安。
齊小雲的被捕，引起中共地下黨的高度重視。共產黨上海醫療委員會主任虞美人積極組織營救行動。根據地17號首長專門派來營救小組。
然而，得知日軍抓捕了齊曉雲，軍統向上海特別行動組的榴槤上校發出了密令。要求摧毀青黴素以及和青黴素有接觸的所有人。同時對張東洋和斧頭幫幫主段九紅執行鋤奸令。
陳慧琳是唯一可以接近齊小雲的中間人，她成了除日本人以外幾方勢力接近和爭取的目標。處在懵懂中的她接受了地下黨的請求，主動協助營救齊小雲。但木津、張東洋的提防非常嚴密，再加上李漢霖等軍統特工在中間的幹擾和破壞，營救行動非常困難。緊急關頭，西義敏郎再出援手，通過日軍轉運屍體機會採取掉包的手法把齊小雲轉移出醫院。關鍵時刻，“狡猾”的張東洋發現了地下黨的陰謀，營救行動被迫流產。
齊小雲知道，要轉移自己身上的秘密，只有通過陳慧琳這個唯一的管道，於是她對陳慧琳說了一句咒語似的話後就用自己試驗合成的青黴素自殺了。陳慧琳成了唯一擁有青黴素秘密的人。日本人把陳慧琳控制了起來。
李漢霖、段九紅和地下党各方都想把陳慧琳這個掌握著齊曉雲青黴素秘密的人從日本人的手中給搶出來。
西義敏郎的種種行為得到了陳慧琳的充分信任，她打破了自己不和日本人來往的誓言，接受了西義敏郎的情感。他們逃離醫院後一起開始破解齊小雲的那句藏有青黴素秘密的咒語。當她們剛剛取得菌種，要轉移出城時，更大的意外出現了：
袁真為了自己家東山再起和給父母復仇，暗中勾結段九紅，伺機對陳慧琳下手；痛恨日本人的強子因為陳慧琳和西義敏郎的感情而和陳慧琳徹底翻臉；“忠於”日本人的張東洋意外槍殺前來抓捕陳慧琳的日軍；西義敏郎轉眼間被張東洋“指責”為日本間諜！
眼看陳慧琳陷入重重危機，張東洋不得不暴露地下党身份英勇犧牲，天使們倖免於難。但是，青黴素菌種和配方卻落入日本人之手……
