日本軍の占領を免れた上海の英仏租界は、当時“孤島”と呼ばれていた。魔都と呼ばれる上海では、日中欧の諜報部員が暗躍、機密情報の行き交う緊迫したスパイ合戦が繰り広げられていた。日本が真珠湾攻撃を決行する7日前の1941年12月1日。魔都・上海に、人気女優ユー・ジン（コン・リー）が現れる。新作舞台『サタデー・フィクション』に主演するためだ。だが同時に、幼い頃、フランスの諜報部員ヒューバート（パスカル・グレゴリー）によって孤児院から救出された過去を持つこの大女優は、諜報部員として訓練を受け、銃器の扱いに長けた“女スパイ”という裏の顔も持っていた。そして2日後の12月3日。日本から海軍少佐の古谷三郎（オダギリジョー）が、暗号更新のため、海軍特務機関所属の梶原（中島歩）と共に上海にやってくる。ヒューバートは“古谷の日本で亡くなった妻は君にそっくりだ”とユー・ジンに告げる。それは、古谷から太平洋戦争開戦の奇襲情報を得るため、フランス諜報部員が仕掛けたマジックミラー作戦の幕開けだった……。