陆城中学的教师于守业深爱着合盛戏班头牌周小莲，陆城警备司令部司令朱化承假意请周小莲去他住处唱堂会，逼她服从自己的淫威。周小莲誓死不从，于守业赶来搭救，气急败坏的朱化承把他们捆在大树上准备杀死，幸得地下党设计救出。陆城解放前夕，为了能和周小莲在一起，本来可以在保密局陆城站站长、哥哥于守仁的安排下去台湾的于守业，毅然代替于守仁成为潜伏特务，代号037。当他去会见小莲时，却得知小莲被撤出陆城的警备司令部司令朱化承掠去，垂涎已久的朱化承在巴公山强奸了周小莲并使之怀孕。解放军攻下巴公山，朱化承逃跑，周小莲回到了戏班，觉得自己身子被玷污，拒绝和于守业交往。于守业不嫌弃周小莲，甚至当周小莲生下朱化承的孩子之后，于守业依然瞒过所有的人，把这个孩子认作嫡出，取名连生。不过，陆城潜伏组织布置给他的任务似乎都不顺利，派他配合炸毁自来水厂，他听了周小莲的话悄悄告了密，使潜伏特务的破坏计划失败;指令他暗杀松年堂地下党员贺松年，他竟然被监视松年堂的特务几句话吓了回去;解放后秘派他烧毁给志愿军赶制的过冬棉衣，引燃炸药的香火却不知被谁浇灭……虽然一项任务都没有完成，于守业却很坦然，因为此时他已经对共产党的政策深深理解，他很庆幸自己没有破坏解放后陆城蒸蒸日上的建设和人民的幸福安乐，庆幸他和周小莲终于美满结合，他希望能有朝一日结束特务生涯，跟周小莲安静地生活。

电视剧特务037剧照

曾经被于守业和周小莲无意中掩护过的地下党员李大脚对于守业很是钦佩，当她得知周小莲和她的干娘周圣衣居无定处，慷慨把他们接到自己家院子里共同生活。此时李大脚也为远在朝鲜战场上的丈夫马国辉生下了一个女儿，取名马文雯。当她得知马国辉牺牲的消息，她很坚强，默默带着文雯过日子，并且要求不再享受烈属的特殊待遇，到副食店重操旧业，挥刀卖肉，还积极参加民兵训练和巡逻。淳朴大方的李大脚处处风风火火，因为对于守业的信任，阴差阳错地几次放过了于守业的特务活动，还在潜伏特务准备烧毁粮库的时候击毙特务聂登奎，救下了差点丧命的于守业。已经宣布潜伏活动长期休眠的特务03突然接受台湾方面指令，迫不及待地配合光复大业开始唤醒潜伏，要求于守业全城张贴反动标语，但是一夜风雨，全城标语被冲掉;03再次部署烧毁省里拨给陆城的救命粮食，忧虑因此会饿死无数老百姓的于守业于心不忍，偷偷写信给粮库，潜伏特务的计划再次被早有防范的公安局和民兵摧毁，陆城特务组织因之几近全军覆没。接连失败，导致很长时间潜伏特务组织没有动静，于守业以为从此可以高枕无忧，但是，他接连遇到了三个意外：一，朱化承突然出现，到处寻找周小莲和他的儿子，并终于找到于守业的家，放下一个藏有几十根金条的木箱，说是留给连生的;二，陆城中学校长常年对于守业进行政治教育，退休后不知所终。当于守业和同是特务的梅姐都在追寻谁是03的时候，刘习文突然以03面目出现，以揭发于守业是潜伏特务为由胁迫周小莲加入特务组织，周小莲认出他就是道貌岸然的刘习文。三，文化大革命开始了，曾经也追求过周小莲的佟书琪为了私利揭发周小莲是朱化承的小老婆，生下狗崽子连生就是他亲眼看见的。这三个意外让于守业和周小莲彻底陷入困境，为了摆脱这种困境，更是害怕查出来更遭罪，他们俩把所有金条全部扔进河里。在执行刘习文趁文化大革命混乱之际，制造剧场爆炸的指令时，于守业故意制造假象，又一次破坏了行动。刘习文恼怒地准备杀掉于守业，却被周小莲踢掉手枪，于守业掏出哥哥留给他的手枪击毙了刘习文。而佟书琪的揭发让周小莲受到京剧团造反派的批判，于连生也因此被清除出红卫兵队伍。盛怒之下于连生和父母决裂，独自去了乡下。