故事发生在东北某山区的老爷岭一带。日本在侵华的过程中，在此建造了一座化学武器库。日本军官畸田为了保护化学武器库，屠杀了整个靠山屯，小喜子等几个孩子侥幸脱线，加入了抗联队伍。其后，这些孩子多次寻找日军的化学武器库都失败了，但他们并不气馁不服输，终将日军的化学武器库给炸毁了。
故事发生在上世纪90年代的中国，王老炳（刘威 饰）和10岁的儿子王家宽（齐奎 饰）过着相依为命的日子，父子两人经营着一家照相馆，虽然辛苦，但是也其乐融融。一场意外中，王家宽的耳朵聋了，王老炳不忍心看到自己的儿子沦为残疾人，于是想尽了一切办法想要医治儿子的耳朵。 与此同时，王老炳想要重新组建一个家庭，他看上了同街的善良寡妇刘桂英（倪萍 饰）。虽然王老炳和刘桂英之间的感情发展的十分顺利，但是王家宽却始终不愿意接受这个试图代替他母亲的女人。某日，王老炳的眼睛受伤，濒临失明。为了不连累刘桂英，王老炳假装放弃了对她的感情。伤心的刘桂阳转而嫁给了老板吴少华（薛勇 饰）。
上世纪50年代，由于国内外形势的发展变化，中国自主的核工业计划正在如火如荼地进行当中。在这样的背景下，一列来往于首都北京与西北核基地之间的神秘火车承担起了运送核专家前往核基地的一系列秘密任务。 北京市公安特勤所所长龙飞进入到护送核专家行动组并担当了第一次运送任务的负责人，漂亮的女乘务员辛红羽对龙飞一见倾心，然而列车上的四位核专家对国家核武器研发的整体计划极为关键，龙飞责任重大，不敢有丝毫懈怠。龙飞在列车上发现并抓捕了破坏运送核专家任务的犯罪嫌疑人，在突审的当口列车突遇前方铁轨上的包裹，龙飞带人急忙赶去，不料列车突然爆炸，四位核专家当场殒命…… 龙飞在案件审查过程中遇到核科学家杨佑亭的女助手谢宝音。 杜明明是别人要给龙飞介绍的女朋友，然而却在龙飞出差期间与他的同事加好友肖克确定了恋爱关系。在列车铁轨上发现的包裹被证实为遭到肢解的人体躯干，一系列的碎尸案件的频发令火车爆炸案的侦破变得扑朔迷离…… 碎尸案的真凶终于浮出水面，凶手尹大龙异常凶残狡猾，在经过精心策划后，凶手设计劫持了秘密运送的核专家杨佑亭。经过一番侦破，龙飞、肖克等人发现了幕后指使——梅花组织的上级特务周明天，龙飞借机潜伏成特务，力图打入梅花党组织内部。不料任性的杜明明也潜伏至周明天身边，陷入与周明天、肖克的“三角恋爱”中…… 辛红宇龙飞剧照之后杜明明被掐死于体育馆中。 被劫持的核专家杨佑亭被发现有假，原来有人冒充并试图进入核基地。周明天被最终证实不是爆炸案的实施者，这背后另有其人。 周明天被打下山崖，梅花党组织的一些成员也被缉拿归案，似乎已经平静的生活仍然隐藏了更大的罪恶与真相。谢宝音欲毒害龙飞且杀死了辛红羽，还想杀死杨教授，最终自杀。龙飞从一系列的事件中，觉察出了敌人的踪迹，原来真正的敌人——梅花党组织的更大头目就常年埋伏在公安组织的内部…… 可以说，《秘密列车》继承了张宝瑞小说系列一贯的惊险玄疑风格，在环环紧扣的故事情节中，将敌我错综、正邪难辨、明暗互现的斗争展现出来，追求一种心理上的紧张和刺激。 而人物之间的关系也复杂难辨：情人？敌人？知己？对手？正是在他们针锋相对的斗争中，故事被逐步推向高潮…… 王雅捷在剧中的身份更是成了剧中的一个亮点，她身份的曝露带来了更为惊人的秘密。为人物、情节的发展起推波助澜的作用。目前该剧已经在山西榆次开始拍摄完毕，并且还会在敦煌、嘉峪关等地取景拍摄。
