科学工作者李化思想麻痹，不遵守制度，随身带着秘密图纸外出开会。不料，在火车站将装有秘密图纸的公文包丢失了。公安女侦查员石云正在医院养病，得知情况后，立即出院接受任务。经多方调查，得知在李化乘的那列火车到站前半个小时，曾有个胖胖的、戴眼镜的、有点口吃的、拎着画有火箭图样的帆布包的人，匆匆而来；火车到站后，这个人在旅客的拥挤中又仓惶而去。就在石云苦思默想分析情况时，忽然传来消息，公文包找到了。原来老中医古仲儒和他的学生金大夫，常到李化的母亲陆文惠家中看病。这天夜里，在来陆家的路上，看见有个人鬼鬼祟祟地扔掉一包东西，他们捡起来带到陆大姐家，陆大姐一看，正是李化丢的那个公文包。里面的钱和粮票虽然没有了，可图纸仍在包里。侦查员小崔断定是一般盗窃犯干的，而石云认为在没有抓到罪犯以前，下结论为时过早。石云的丈夫陈亮是军区保卫部干事，根据领导指示，“他结识”了一个可疑的音乐工作者方丽。不久，石云在一个偶然的情况下，在郊区的火车轨道上抢救了一个人。被救的正是她要找的一位三轮车工人。由此肯定是敌人发觉不妙，企图杀人灭口。根据三轮车工人提供的线索，石云以派出所人员身份，到龙家酒家的西餐厨师叶长谦家进行了观察，并机智地套出了他口吃的特点，根据许多迹象，证实叶长谦就是犯案人。次日下午，叶长谦准备与方丽在东山酒家门前接头，刚刚在人群中露面就被古仲儒师生发现，被当场扭送公安局。在审讯中叶长谦百般抵赖，还企图毁掉拍有秘密图纸的胶卷，结果被石云机警地识破。到此，盗窃秘密图纸案告一段落。石云怀着愉快的心情去向丁局长汇报。这时，陈干事来电话说方丽又邀他去听音乐，石云感到案件并未最后破获，断定方丽的背后一定有人指使，便对拾到公文包和揭发作案人的古仲儒产生怀疑。丁局长带领石云来到陆大姐家。陆大姐想起古仲儒大夫给她看病时，她曾去里屋打过电话，当时图纸就在桌子上。经过分析断定案件背后的操纵者就是老奸巨猾的古仲儒。于是他们立即进行了周密的布置。此时，方丽对陈干事倍加殷勤，而且借口姐姐病危，要陈干事越过禁区连夜送她到深圳，并说中途有位老大夫同往，陈干事一一同意。行至中途，古仲儒企图甩掉陈干事，到渔村寻访老关系，趁夜偷渡潜逃。这时，石云带领早有埋伏的公安人员和民兵将古仲儒和方丽逮捕。古仲儒企图趁黑夜毁掉证据，机警的石云从古仲儒鞋帮里搜出拍有秘密图纸的另一个胶卷，敌人的阴谋彻底破产了。
