北京猿人头盖骨的发现震惊了世界，引起了侵华日军的觊觎，他们纷纷谋划抢夺，将别人的东西据为己有。为此，中美两国制定了代号为“军刀”的秘密转移计划。爱国医生刘云翔的父亲在手术中不幸遇难，被诬陷为因公盗窃自家财物。为了替父亲雪耻，找到真凶，刘云翔事先没有经过深思熟虑就进入了军刀行动。刘云翔对日军的凶残和贪婪感到厌恶，对共产党员为保护国宝而英勇献身的行为充满敬意。在北平地下党的帮助下，刘云翔终于完成了从自发为父报仇到自觉用生命保护国宝的转变，并以其过人的智慧和勇气，粉碎了日军掠夺我国宝的暗算。他也在血与火的斗争中光荣地成为了一名共产党员，收获了自己幸福的爱情。