《X女特工》1925年進步少女鐘離鐘離(唐嫣 飾)在振興民族的愛國熱情激勵下報名參加了國共第一次合作期間的特訓班和羅逸菲(王笛 飾)、譚睿玲(呂一 飾)兩個女孩分到一個小組在殘酷的訓練和執(zhí)行任務過程中結下深厚的友誼在一次行動中鐘離與上司精英特工賀俊峰(羅晉 飾)意外相遇性格迥異的兩人卻宿命般地迸發(fā)出愛情的火花因為特別行動組外派名額羅逸菲和鐘離反目成仇；柔弱的譚睿玲則被特訓班最高指揮高義山利用隨后三個女孩又先后進入了高義山主持的特別行動隊為北伐戰(zhàn)爭作出重大貢獻但行動隊清除異己的行為讓鐘離對行動隊的正義產生了懷疑上司何蕓為保護鐘離犧牲鐘離大受震撼和教育在最艱苦的環(huán)境下孤軍戰(zhàn)斗保護了一大批進步人士并且多次挽救羅逸菲和譚睿玲揭穿高義山的反動面目幫助她們找到正確的人生方向......