《永不消逝的电波》讲述了抗战初期发生在上海的地下斗争。日军凭借无线电定位车，逐步破获中共地下情报网。上级派李侠（赵立新饰）和何兰芬（焦俊艳饰）与情报站仅存的金达（王国京饰）、白丽遥（刘莹饰）等人秘密接头，并通过发送假电报设局，引诱潜伏的内奸现身。李侠精心策划，击毙日特金达，随后伪造身份打入“76号”魔窟，为延安方面源源不断地传递重要情报。
日寇投降后，国民党大员接管上海，军统上海副站长赵子歧（呂行饰）趁机大发横财。李侠则再次潜伏进保密局，继续执行秘密任务。后来，赵子歧发现了李侠的共产党员身份，震惊不已。原本有机会成功脱身的李侠，为取得上海城防图，以妻儿的性命作为人质，争取保密局上海站站长欧阳山（李梦男饰）合作。面对国民党的昏庸与腐败，欧阳山最终答应与共产党合作，然而就在此时，赵子歧露出了杀机。
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