1马天明躲避追捕
深夜，马天明与阿力去章家盗画，却发现章家已被灭门。尾随两人的小四则撞见一个鬼面人离开章家。警笛声传来，三人慌忙离开去找接头人刘江，发现他已被灭口，三人只得坐船离开上海暂避风头。大德洋行总经理朱天德，是中共游击队秘密资金的管理人。国民党特务伪装成地下党前来接头，被朱天德识破，火拼中，特务被杀，朱天德也中枪昏迷。党务调查处陶成凯接手此案，以筹建孤儿院为筹码，把朱天德转入了衡山医院。苏区游击队决定从派遣有医学背景的蔡里昆打入衡山医院，营救朱天德，此行动被命名为“北斗行动”。
2马天明冒充医生
薛宁到衡山医院归还蔡里昆落在船上的皮箱，借机试探马天明。陶成凯查出“安徽号”上的火拼是力行社抓捕共产党引起的，也对马天明的身份有所怀疑。小张潜入马天明宿舍发现了他从船上带下来的血衣。陶成凯的副手李全晚他一步入屋搜找，一无所获，只得离开。陈正源是朱天德的主治医师。陶成凯向陈正源打听“蔡里昆”的来历，引起陈正源对马天明的敌意。马天明再次见到白茱莉，言语轻佻，白茱莉不敢相信对方是曾与自己通信往来的蔡里昆博士。
3马天明指导手术
布莱恩病危，马天明推脱手受伤，不能进行手术。白茱莉于心有愧，提出可以当马天明的助手。马天明按照笔记本中的方案，指导白朱莉顺利为布莱恩切除了胆囊。但他身为外科医生却晕血的事，引起其他人的怀疑。鬼脸人跟踪阿力找到了他和小四的住处。薛宁和下属武探目也通过郎中提供的线索找上门来。阿力和小四躲过追捕。薛宁发现有人在追杀马家兄弟。白茱莉请薛宁帮忙救助孤儿，但警察赶到时，已人去楼空。白茱莉回想起牛二看见马天明时的反应，怀疑两人相识。
4马天明救孤儿们
马天明用一枚戒指收买牛二，让他帮着打听小四的下落。马天明回医院告诉白茱莉，牛二的目的只有钱，他会帮忙救出孩子，让白茱莉别再插手。蔡里昆被当成韩诚送进衡山医院，他决定继续假装昏迷，见机行事。马天明认出蔡里昆，向白茱莉打听他的病情，得知他随时可能醒来。夜里，小张和马天明先后潜入蔡里昆的病房，发现了彼此。力行社得知蔡里昆转院，不愿放弃这条线索，又顾虑陶成凯的势力，让曲如森以大学教授的身份进入衡山医院疗养，暗中调查。
5白茉莉误会马天明
白茱莉从马天明抽屉里找了的镇静剂，误会他想用卑鄙的手段扳倒陈正源，让他立刻离开医院。马天明解释只想让蔡里昆晚醒几天，他有必须留在医院的苦衷，等事情一解决他就会离开，求白茱莉不要揭穿他。马天明制造假火灾引开众人，准备再次给蔡里昆注射镇静剂，反被装睡的蔡里昆制服。蔡里昆要马天明配合自己，否则就揭穿他的身份。陈正源又在蔡里昆病房里撞见马天明，大发雷霆，两人争执不下，苏院长决定让两人共同负责蔡里昆的治疗。
6蔡里昆与马天明合作
马天明制造假火灾引开众人，准备再次给蔡里昆注射镇静剂，反被装睡的蔡里昆制服。蔡里昆要马天明配合自己，否则就揭穿他的身份。陈正源又在蔡里昆病房里撞见马天明，大发雷霆，两人争执不下，苏院长决定让两人共同负责蔡里昆的治疗。鬼脸人潜入石库门寻找章娜娜，娜娜从窗户逃走，被大毛等孤儿所救。马天明终于能正大光明地进病房看蔡里昆。蔡里昆说出朱天德和500万的事，但隐瞒了自己的真实身份。自己可以帮马天明继续扮演医生，但马天明得协助他救出朱天德，找到密码。蔡里昆借口帮马天明整理病例，查探朱天德的下落。陈正源主动退出蔡里昆的治疗，但派白茱莉协助马天明，想让她监视马天明。
7老吴敲诈马天明
马天明新开的药方和诊断报告突然变得专业，引起白茱莉的怀疑。白茱莉带林静珊、小田去蔡里昆病房，发现门被锁。病房内马天明正和蔡里昆争执，见状谎称在给蔡里昆进行全裸的针灸治疗，不方便让女士查看。为了让白茱莉之后少管蔡里昆的事，马天明大吵大闹一番，把白茱莉气走。夜里，有人偷偷进入蔡里昆的病房拍照。马天明根据蔡里昆的形容，猜出来人是小张。蔡里昆翻完所有病例也没有找到朱天德，猜测小洋楼的13号病人可能就是朱天德。马天明提出可以申请做朱天德的主治医师，借机进小洋楼查探。蔡里昆怕引起陶成凯怀疑，让他先按兵不动。老吴看到报纸上关于“安徽号”枪击案的报道，带着血衣上的胸牌去敲诈马天明，马天明用一枚宝石戒指换回了胸牌。
8中村意欲杀害蔡里昆
出身贫苦的马天明浪迹在上海滩，遭陷害卷入一场灭门惨案，逃亡过程中意外顶替了留洋医生蔡里昆的身份藏身于衡山医院。红色商人朱天德手里掌握着一大笔秘密的红色资金，却在躲避敌人追捕时突发急病昏迷，住在衡山医院。国民党特务，日本军部，上海青帮等各方势力都对这笔巨款虎视眈眈。因伤也住进衡山医院的蔡里昆本人正是苏区派来接应朱天德的特派员，他让马天明维持假身份，两人结成同盟，与各方恶势力周旋。在险象环生的斗智斗勇中，原本一心为财的马天明被革命者蔡里昆的高风亮节所打动，真正成长为一个深晓民族大义的革命战士，最终战胜了恶徒，完成了组织交予的任务，同时也为自己洗清了冤屈。
9马天明设计毁掉胶片
丝绸大亨王公子因严重烧伤入院，陈正源借口病人太多，把这烫手山芋丢给马天明。蔡里昆扮作马天明替他进行了植皮手术。顾晓曼把被海纳川欺骗感情，并被拍下裸替照片威胁的事告诉了白茱莉。马天明看白茱莉为顾晓曼担心，答应帮她毁掉胶片。马天明编出十万英镑债券的故事，骗牛二跟踪海纳川，找到了他藏胶片的仓库。马天明潜入仓库，一把火烧掉了所有胶卷。仓库被烧，日本人的电影胶片全被付之一炬，中村大为恼火，怀疑是党务调查处的人因为海纳川私闯小洋楼的事进行的报复。
10小张为掩护马天明被抓
马天明告诉蔡里昆，看到小张夜探朱天德病房念诗的事，蔡里昆意识到小张可能是同志，让马天明用暗号试探他。马天明对小张说出早在第一次见面时就应该对上的暗号，小张激动不已，约马天明到望月楼见。两人在望月楼接头时被特务包围，小张为了掩护马天明被抓。马天明逃回医院，质问蔡里昆是不是共产党。蔡里昆避而不答，只说自己属于一个地下抗日组织，通过马天明帮助顾晓曼一事，看出马天明也痛恨日本人，希望马天明帮助自己。