徐巍冒险潜入医院探望赵兰,发现老路早已带人守候在此。然而对方并未采取行动,反而让他放下枪支,带他去见了赵兰与孩子。赵兰亲口告诉徐巍,李旭曾试图伤害她和孩子,是公安同志舍命保护了他们。
与此同时,林少白佯装畏惧,被小仓选中参与试验。在独立实验室内,他制服研究人员,逼问出金妍与其他病人关在一起。少白击晕对方、换装混入关押区,成功找到金妍。尽管金妍认出他的声音,却坚持留下——她没有专业背景,一旦操作设备就会暴露。少白只能暂时同意。
李旭察觉金妍失踪,经查证并未用于试验,立即下令搜查。少白再次换装制造混乱,吸引李旭注意,掩护金妍藏匿。他在对峙中有意拖延,让藏身暗处的徐巍亲耳听到李旭承认企图取代“鹰隼”、不惜杀害徐巍全家。愤怒的徐巍抢先出手击毙李旭。经历此番,少白确信徐巍已回归正义一方。徐巍提醒老路,炭疽基地五里内遍布岗哨,切勿贸然跟进。老路选择信任,静候佳音。
少白与徐巍联手控制实验室。然而伯劳很快发现异常,率人赶来。激烈枪战爆发,少白与徐巍负伤坚守,为金妍争取时间寻找炭疽武器。金妍终于发现最新投放点位于楼顶,却遭小仓背后袭击。她奋起反抗,击毙对方。三人浴血突围,但伯劳人马紧追不舍。徐巍连中两枪,最终被敌人合围。
千钧一发之际,徐巍掏出手榴弹威胁同归于尽。伯劳忌惮现场易爆物,不得不答应放走少白与金妍。待车驶远,徐巍拉响引信,身中数枪,壮烈牺牲。远处传来爆炸声,少白心知战友已逝。金妍告知伯劳的炭疽投放点设于新世界百货顶楼,但若此时回报,郑兰亭必将逃脱。少白毅然决定独自追击郑兰亭,让金妍驱车报信。
金妍勉强赶到,向老路说出“新世界百货”五字后昏迷。此时郑兰亭正在顶楼布置投放,得意忘形。少白杀入现场,击毙两人却中弹负伤。他揭露郑兰亭投放的实为石灰石,炭疽早已被金妍调包。郑兰亭绝望至极,最终跳楼自尽,即便身中多枪也未停止坠落。路正阳火速送少白就医,称他为“城市的铜墙铁壁”。
1950年5月27日,上海解放一周年,街头鞭炮齐鸣、百姓欢庆。少白伤愈理发,庄严参加入党仪式。飞航成功接受心脏手术,追寻工程师梦想。金妍重伤未醒,但少白坚信她终会苏醒。曙光破晓,英雄长存。
全剧终。