朝鮮人出身的日本警察李偵出（宋康昊 飾演），深得老奸巨猾的日本警務局部長東村（鶴見辰吾 飾演）的器重，在一次追捕義烈團份子的行動中，雙方展開激烈槍戰，為抓活口，李偵出勸降主要叛亂份子金長玉，金長玉不理會他的利益勸誘，舉槍自盡。
東村部長對此雖有微詞，但仍交給李偵出重要任務，找出義烈團領導人鄭彩山（李炳憲 飾演），透過詳查安排李偵出來到了金優進（孔劉 飾演）所經營的古董店，假意賣一尊古佛，攀談拉攏關係。
最近「義烈團」策劃將一批炸藥從上海運送到京城府（首爾舊名），計劃炸掉日方所有設備資源。
金優進大膽將李偵出引薦給團長鄭彩山，希望他出面策反這個朝鮮人，幫助他們完成計劃。
李偵出一開始是不肯的，鄭彩山對他曉以大義後，同意掩護他們運送炸藥平安到達京城府車站。
日本警察橋本（嚴泰谷 飾演）帶領多人前火車站攔阻，李偵出才知道「義烈團」組織裡有日本人的臥底，他急的像熱鍋上的螞蟻，跟著上了火車，冒著危險找到金優進，告訴他這個訊息。金優進必須想辦法立即找出內鬼，同時護送炸藥回國，雙方緊張情勢就在火車裡展開。
《密探》講述1920年代末期，為了抵抗日本殖民統治，朝鮮境內發起的抗日統治行動，雙方都想盡辦法取得彼此情報而無所不用其極，諜對諜的危險臥底行動，有如貓捉老鼠般的捉迷藏遊戲。
宋康昊這個朝鮮人當日本警察，被指派滲透抗日組織竊取諜報情資，然後回報給日本政府，甚至還要破壞抗日武裝行動。另一方面又幫助「義烈團」成員脫險，不到最後無法知道他到底是好人還是壞人。
片中唯一的女性連桂順（韓志旼 飾演）是金優進的戀人，在抵達京城府火車站，日本警察層層盤查出站人員身份時，她第一個被識破身分，遭到逮捕，
已出站的金優進回頭救她，與日本警察展開槍戰，寡不敵眾，隨後趕到的團員救走金優進，連桂順被捕，其他人被當場擊斃。
被捕的抗日份子一定會被殘酷的刑求，除了被五花大綁，痛毆成鼻青臉腫外，還有拔指甲，和現在戲劇少見用燒得火紅的鐵烙印在皮膚上，這個殘忍的事東村要李偵出來做，還是烙印在臉頰上…那慘叫聲…雖然是戲，還是讓人不忍。
當金優進也被出賣逮捕，五花大綁嚴刑拷打，拔指甲時他竟咬舌，才能咬緊牙關，不說出同志名單及藏身處。
結局翻轉了看戲人的猜測，密探執行了金優進的計畫，炸毀日本司令部，金優進求仁得仁死在獄中，還在牆面留下；義烈團團員到此一遊。
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