Лето 1945 года. Домой возвращаются солдаты армии победителей, эшелоны встречают цветами, а некоторые поезда отправляются на Дальний Восток.
Чита, штаб командующего Дальневосточным фронтом маршала Василевского. Ему докладывают о том, что японцы, оккупировавшие Маньчжурию, где-то под Харбином создали секретную лабораторию, там сейчас разрабатывается химическое оружие. Опыты проводят на живых людях, китайцах и наших пленных. Если такое оружие будет создано и применено против советских войск во время наступления, могут погибнуть десятки или даже сотни тысяч солдат и мирных жителей. Маршал отдает приказ: необходимо точно установить место, где находится лаборатория, и уничтожить ее.
Способы исполнения этого приказа обсуждают два офицера армейской разведки, майор Ерохин и капитан Игнатов. Их источник в Харбине, действующий под псевдонимом Рыбак, перестал выходить на связь, что с ним случилось – неизвестно. Значит, надо забросить на территорию врага разведгруппу, чтобы восстановить этот контакт, что позволит выявить местоположение химлаборатории японцев.
Игнатов формирует такую группу. Туда входят фронтовые разведчики Санли (он китаец по отцу, сослуживцы зовут его Саня) и Юрий Кузьмин, радист, бывший студент института иностранных языков, владеющий китайским. А возглавляет группу Иван Журавлев, который долго находился на нелегальном положении в Маньчжурии. Его близких зверски убили по приказу японского офицера Исиды Исимуры, после чего Иван впал в глубочайшую депрессию и был вывезен в СССР.
Теперь полковник Исимура руководит отрядом 517, куда входит секретная химлаборатория. Опыты с отравляющими веществами проводит профессор Ямата Кусида. Исимура требует, чтобы в течение трех суток ученый предоставил ему эффективное химическое оружие, иначе ему придется сделать сэппуку.
Трое агентов десантируются в окрестностях Харбина и направляются к городу. Им известно, что Рыбак бывает в кабаре «Фантазия». Журавлеву сообщают пароль и отзыв, по которому он сможет узнать резидента.
Отряд попадает в засаду, разведчикам удается уничтожить японский патруль, однако Кузьмин получает ранение, а рация выходит из строя. Но бойцам все же удается добраться до Харбина. Там они обнаруживают, что их единственный связник Гуан арестован японцами.
Разведчикам помогает Айминь, дочь Гуана. Она вызывает доктора Дорохова из бывших белогвардейцев, который лечит Кузьмина.
Кусиду начинает вербовать американская разведка.
После того, как на Хиросиму была сброшена атомная бомба, японцы готовы применить химическое оружие несмотря на возможные массовые жертвы.
После того, как были найдены тела убитых разведчиками патрульных, японская военная полиция прочесывает китайские кварталы Харбина в поисках советских диверсантов.
Журавлев, пытаясь выйти на след Рыбака, посещает кабаре «Фантазия». Он устанавливает предположительное место, где может находиться лаборатория по производству химического оружия.
Пытаясь обнаружить Рыбака, Журавлев посещает курильню опиума. Там он уточняет эту информацию, выпытав ее у наркомана – японского офицера. Однако Журавлев сомневается в истинности таких сведений.
Он выясняет, что Рыбак – это хозяйка кабаре «Фантазия» Ольга. Она сообщает Журавлеву о том, где на самом деле находится завод по производству химоружия.
Разведчики выходят на партизан, у которых есть рация. Они передают командованию координаты секретного завода.
Атака китайских партизан и советских десантников приводит к срыву плана японцев по применению химоружия.
