卧底警察何楠潜伏在云天集团内部，任务是搜寻云天集团董事长朱德福非法集资的罪证。就在何楠获得线索同时，被朱德福发现，并将一起杀人命案嫁祸于何楠，使何楠成为警方通缉的逃犯。朱德福儿子朱子杰的女朋友周丽，替朱子杰顶罪坐了五年牢，就在她出狱以后，发现朱子杰与富家千金宋思琪订婚。周丽心灰意冷。同时，朱德福为了能让儿子和宋思琪的婚事不受干扰，从而达到让宋家给云天集团注资的目的，他派出杀手追杀周丽。何楠和周丽同样遭遇到朱德福集团的追杀，两人就此联手，一同踏上破解朱德福罪证线索的危险旅程。
刘志军（王策 饰）是国安局的侦察队长，在一次谍战行动中，发现敌方要携我卫星方案出境，他伙同保密局武梅（刘佳 饰）处长负责侦破。几天后，潜伏在322所的方瑶（宋茶茶 饰）被抓，就在“银孤”（周里京 饰）端倪将现之机，方瑶被杀手“蝴蝶”（祖峰 饰）杀害，侦察陷入僵局。滨阳市间谍林孝廉（侯耀华 饰）为接应“蝴蝶”耽误了对卫星基地727站的破坏活动，他情急之下把市委秘书长佟一凡（曾红生 饰）拉下水，佟一凡在日后良心发现，主动投案自首，而欲出逃境外的林孝廉被及时抓获。面对一连串失利，“银孤”狗急跳墙，准备对航天十九院展开进攻，他收买了十九院保安队长罗兵（荆浩 饰）为其效力。武梅审时度势，安插侦察员庞剑（墨阳 饰）打入十九院内部，真正的效量开始了......
CBS宣布续订《联邦调查局》第3季。
