一九四五年八月十五日，日本天皇宣布战败。中国人民经过八年的浴血奋战取得了抗日战争的伟大胜利。
千年古城关州——晋冀鲁豫边区某军分区驻地。军分区礼堂里欢声笑语热闹非凡。今天是军分区参谋长罗天刚、某团团长邓彪和作战处长楼剑飞新婚大喜的日子。当年，他们所在的连队掩护八路军总部机关转移，与日军浴血奋战，全连只剩他们三人，被鬼子团团包围。三人起誓决不做俘虏，如果能闯过这一关，等到抗战胜利了，他们同一天娶妻成亲。一转眼，七年过去了，他们谁也没有忘记当年共同许下的诺言。
夜色降下，婚礼的喜庆气氛推向高潮。就在这时，罗天刚三人忽然接到战备命令，随即婚礼停止。三人匆匆赶到作战室，请示作战任务。政治部主任赵贵波给三人带来一条不寒而栗的消息——他们三人的新婚妻子中有一个是国民党潜伏奸细。
赵贵波告诉三人，国民党空军一架飞机因为机械事故坠落在我军防区，机上人员包括国民党军统少将龙江全部死亡。飞机着火烧毁了机上所载的大部分绝密文件。根据对残缺文件的分析整理，龙江制定了一个名为“桃色潜伏”计划，企图潜伏在我军高级领导身边获取重要情报。但关键部分资料被烧毁，一时间不能够确定罗天刚等三人的新婚妻子——林薇、韩晓鸥和李檬三人中究竟谁才是代号“含羞草”的潜伏奸细。
赵贵波命令保卫科孙克、钟良负责排查，要求罗天刚等三人要积极配合孙克和钟良的工作，并要他们严格保守秘密。罗天刚、邓彪、楼剑飞三位屡立战功的英雄虽然回答坚决，但三人心中却都不是滋味。罗天刚等三个大老爷们怎么也没有想到，他们的新婚之夜居然是在作战室度过的……
卧底新娘第2集剧情介绍三位新娘也没有想到新婚之夜，她们竟然会独守新房，各自心情不尽相同。
就在这天晚上，神秘电波在关州上空响起。刚刚上任的军统洛阳站情报处长长江一平收到潜伏在关州特务“水手”的电报，这份电报的内容让其震惊。他的老上司龙江果然设计并实施了“桃色潜伏”计划，如果他能掌握这个潜伏计划，无疑将会是一枚重磅炸弹。江一平命令得力手下老虎潜入关州。要老虎设法与“桃色计划”潜伏人员取得联系，盗取晋冀鲁豫边区八路军最新军事情报，因为他已经获悉蒋介石指使阎锡山占领山西长治地区，战争一触即发;并指挥指挥在关州的特务，破坏军事设施和社会治安。江一平知道，国共领导人人重庆和谈只不过是烟幕，内战不可避免。
孙克与钟良对林薇、韩晓鸥和李檬的身世背景秘密展开细致调查，林薇三人均有疑点。
根据我方截获的“桃色潜伏”计划资料，抓获几名潜伏奸细，但也有几份是子虚乌有的假名单。狡猾的龙江真假混搭，就是为了计划暴露后增加甄别难度，使得漏网的奸细继续安全潜伏。
根据被抓奸细供述，她们都是单线与龙江联系，除此之外根本不知道其她潜伏人员的存在。孙克与钟良设想从被抓奸细口中获得有用情报的想法破灭了。但稍令孙克等人安心的是，执行“桃色潜伏”计划的奸细被安排长期潜伏，暂时不会启用。
孙克与钟良决定分兵两路。孙克去林薇等人的家乡外调，钟良留守关州继续调查。
罗天刚、邓彪和楼剑飞寻找各种借口不回家，林薇、韩晓鸥与李檬终于忍耐不住找到他们。为了不让林薇三人起疑心，三个男人相互编织谎言为战友解围，但还是露出马脚。就在这时，钟良赶到，假称有重要事向罗天刚等人汇报，林薇等人只好悻悻离去。
脾气暴躁的邓彪再也忍耐不住，他不信自己的妻子会是特务，今晚就回家住。如果将来查出韩晓鸥是特务，他甘愿掉脑袋。钟良的劝慰邓彪冷静，反而使得邓彪火气更大，险些让钟良吃到拳头。邓彪无处发泄怒火拳头重重地砸在在桌子上。
钟良相信三位领导的革命觉悟，请求领导配合，挖出潜伏奸细。钟良说出自己的计划，罗天刚三人均认为可行。
夜幕落下，罗天刚三人回到各自家中，极力装出任何事情都没有发生的样子。面对罗天刚林薇心热话冷;韩晓鸥对邓彪关怀备至;李檬对楼剑飞则是娇媚可人。三位妻子对丈夫表现虽各不同，但在丈夫心中却都觉得妻子疑点重重……
卧底新娘第3集剧情介绍罗天刚三人按造事先约定，在与各自妻子的对话中艰难地且又装出貌似无意地说出公文包中有重要军事情报。钟良分别准时给罗天刚三人打来电话，三人趁接电话时间，故意离开放有皮包的房间。结束通话后又找借口离家回到军分区指挥部。
指挥部里，罗天刚三人神情紧张地注视着各自得皮包，他们既希望自己妻子没有动包里的文件，同时内心深处也希望战友的妻子没有动过包里的东西，希望这根本就是一个误会，他们身边根本没有国民党奸细。
检查完书包，钟良的脸上流露出失望的神情，每份文件他都事先做了记号，但检查的结果证明这三份文件均没有被翻动过。罗天刚三人如释重负，却又倍感压力。
钟良向赵贵波汇报初次试探无果，赵贵波听后眉头紧锁。就在这时，孙克从外地打来电话，称调查有意外收获，他将立刻返回关州。但当赵贵波询问是何收获时，电话里充满杂音，什么也听不清楚。
赵贵波与钟良焦急地等待孙克归来，也许孙克归来之后，案情就将真相大白。
为了打好上党战役，刘、邓首长调兵遣将。罗天刚、邓彪、楼剑飞所属部队被安排做战役预备队。邓彪和楼剑飞心急如焚，两人猜疑上级之所以不把他们调上去，是因为他们身边有奸细。罗天刚理由充足地否定二人的猜疑，但他何尝不想立刻奔赴前线，教训抢夺抗战果实的国民党军队。
老战友王胜负责前线物资供给，抽空看望罗天刚。林薇热情地接待王胜。王胜直夸罗天刚有福气，言说林薇不但美貌端庄而且还能烧一手好菜，将来再生个带把的，罗天刚就跑步进入共产主义啦。罗天刚有苦难言，却还得点头应付。临走时，王胜甩下话，他光棍一个没人疼没人管，以后一段日子就到罗天刚家里打牙祭，直到完成筹集前线物资的任务。罗天刚吓得急忙将王胜推出屋子。筹备军事物资是机密，罗天刚担心林薇知道其中细节。王胜不解罗天刚的举动，怪话连连，言说罗天刚是怕他拐带跑林薇，真应了老话，娶了媳妇没了兄弟，以后就不来打扰罗天刚。望着老战友远去的身影，一时间令罗天刚感到非常落寞。
林薇责怪罗天刚对王胜不热情。王胜为了革命失去了左臂，天天到家打牙祭她都欢迎，更别说是与罗天刚一起出生入死的战友。林薇喋喋不休点燃了压抑在罗天刚心中的怒火。罗天刚摔门而去……
