1967年2月，一天上午，廣州白雲機場從業人員林華和往常一樣，對來往的旅客進行安全檢查。一個外國人提着行李箱出現在林華的面前，起初他并沒有在意，這裡每天都會有外國人出入。
可一個不經意的發現，讓林華感到事情有些不對。這個外國人衣着講究，看起來不是一般的人，可他的行李箱中，卻放着兩隻老鼠。林華覺得很奇怪，他立即和同僚檢查了這位旅客的行李。
在一個厚厚的大皮箱裡，特意放着兩隻看起來很普通的老鼠，一般人可做不出這種事情。林華立即詢問這位旅客，看到安檢人員發現了老鼠，外國人顯得有些驚訝。他很快就鎮定下來，表示自己非常喜歡研究老鼠，他這次來到中國，想帶兩隻中國的老鼠，拿回家鄉去研究。
這樣的說辭，自然騙不了經驗豐富的林華，他覺得事情不簡單，隻是自己沒權力調查此人。于是他想了一個好辦法，他讓同僚想辦法先穩住此人，不讓他離開，自己趕緊打電話通知了上級。
這件看似普通的事情，很快就引起了北京公安部敵特處負責人張文奇的重視。當時的中國并沒有完全開放，出入境的檢查比較嚴密，白雲機場是大部分外國人離境前最重要的一個檢查站。
自新中國成立後，許多外國間諜以做生意等名義，潛入中國從事間諜工作。張文奇就專門負責外貿工作中的敵特調查，是以得到消息後，他立即覺得事情有一些蹊跷。他當即準備從北京飛往廣州親自調查，可白雲機場那邊有些頂不住了。男子被暫時留住後，情緒非常不好，以各種理由要求放他離開。
機場那邊沒有太多的理由留住他，張文奇想到他們隻是發現兩隻老鼠，并沒有實際的證據能證明男子攜帶這兩隻老鼠有什麼危害。于是他就打了招呼，讓機場那邊先放人，隻是人可以放走，老鼠不能帶走。
機場并沒有合适的理由能把老鼠扣下，張文奇就想了辦法，他讓從業人員去抓了兩隻普通的老鼠，把那人攜帶的老鼠調包。就這樣，該男子帶着老鼠離開了中國，可他原本攜帶的老鼠，已經落到了偵查人員的手裡。張文奇抵達廣州後，一面組織對該男子的調查，一面找到相關專家研究這兩隻老鼠。
這個男人名叫喬治·瓦特，他此行要前往香港，瓦特是蘭州一家化工公司的技術專家。在當時，國内一些公司會進口外國的先進裝置，隻是自己的技術有所缺陷，一旦裝置出現了故障，隻靠公司自己的技術人員無法修理，一些公司便會請求進口裝置的公司，派出相關的專家到這邊指導工作，一旦發生故障，有這些專家在能及時修複。
瓦特便是是以被派到中國的，他在蘭州工作了一段時間，在當地人緣非常好。這次他離開是申請外出度假，瓦特随身攜帶的兩隻老鼠，在專家的檢查後，并沒有發現出異常，老鼠體内沒有什麼其他東西，身上沒有攜帶病毒，完全就是普通的老鼠。
得到這個結論後，張文奇又看了一遍瓦特的履曆，突然一個不好的猜想浮現出來，隻是他沒有聲張，等瓦特度假回來後，張文奇便做好了僞裝，到瓦特工作的機關進行考察。
他有意無意與瓦特接觸，很快就發現了一些不尋常的地方。這位瓦特看起來是技術專家，可他很少會回答技術方面的問題。張文奇以考察人員的身份，請他回答一些關于尼龍的技術問題，瓦特支支吾吾勉強答上。這下張文奇心裡斷定，此人絕對是一個假專家，因為瓦特的回答，是完全按照英國公司提供的技術材料背誦的。
随後，張文奇繼續深入到公司内部調查，很快就發現了更多不尋常的地方。原來這個瓦特自稱是英國人，可在一次喝醉的時候，卻說自己的家鄉在美國，他經常會說出一些帶有美國腔的語言，明顯是掩飾自己的身份。
公司專門為瓦特提供了住所，還給他安排了專車。瓦特倒顯得非常接地氣，平日不坐專車，喜歡騎着自行車在工廠周邊四處轉悠。他還以旅遊為借口，經常到蘭州周邊地區遊玩，有時候一整天都待在外面。
結合現有的這些資訊，張文奇印證了自己的猜想，瓦特絕對是一名間諜。他來到蘭州，是為了中國的核武器。他想到了那兩隻檢疫後一切正常的老鼠，于是讓從業人員将老鼠送去研究所，檢測老鼠身上的狀況。
果然，在老鼠的身上有不同程度的放射性物質。張文奇的猜想被徹底證明，他立即通知了敵特處，布置人手嚴密監控瓦特的一舉一動，等待時機抓捕瓦特。不過，瓦特作為一個潛伏很久的間諜，他相當警覺。張文奇為了不打草驚蛇，還想看看瓦特背後有哪些潛伏的人物，于是就假意放松了對瓦特的監控。
很快，瓦特的妻子從香港來到蘭州看他，這引起張文奇的重視。他立即将蘭州的情況上報，公安部得知敵人的間諜正準備擷取核武器的情報，大家不敢怠慢，立即将此事報到了中央。
周總理作為核武器研究的主要負責人之一，曾經中共的王牌情報員，早年豐富的情報工作，讓他意識到這件事背後必然牽扯了一個大的團夥。
于是他立即作出訓示，讓張文奇等人不急着抓捕瓦特，要放長線，釣大魚。得到總理的批示，張文奇繼續隐藏在工廠中，随時監視着瓦特。
瓦特的妻子來到内地，還帶着她與瓦特的孩子。老辣的張文奇立即從他們倆人接觸的神情看出，這倆人是假夫妻。等到瓦特妻子探親結束，張文奇一路跟到了機場，在他的訓示下，檢查人員對瓦特妻子的行李進行了嚴密搜查。
很快，張文奇發現了一個不尋常的物件，那是一個毛主席的鏡框。雖然這個東西在國内很常見，但外國人很少會對此特别感興趣。張文奇抱着試一試的心态，讓人檢查了鏡框，果然，他們在鏡框的後面取出了一份地圖，裡面是蘭州原子彈工業基地的詳細地圖。
随後，他們又在瓦特孩子的玩具裡，發現了一個微型膠卷，這裡面居然是蘭州的軍事地形圖。
至此，這樁間諜大案被成功偵破，瓦特夫婦當即被逮捕。這倆人受過專業的間諜訓練，在被審訊期間，以各種方式推卸責任，否認從事間諜活動。雖然手頭上的證據已經足夠證明他們倆人的罪行，但上級經過商議，認為此事要慎重處理。
瓦特潛伏在蘭州很長時間了，能一直隐藏自己的身份，從事間諜工作，他肯定還有其他人協助。挖出了瓦特夫婦，并不代表蘭州就真的安全了，沒準在當地，還有瓦特的同夥在，若是立即處理此事，必會打草驚蛇，瓦特的同夥們有了準備，再想找到他們就非常困難了。
張文奇便繼續對瓦特周邊人進行調查，他很快就發現了問題。瓦特來到中國，是以英國專家團成員的身份，在這個團隊裡還有很多的專家。經過長期的觀察，專家團裡一位叫迪卡特的人引起張文奇的關注。
此人在蘭州期間，和瓦特一樣，經常喜歡騎着車到附近轉悠，他還時常到軍事設施附近拍攝。發現異樣後，張文奇這次果斷行動，趁着他一次外出拍攝軍事設施的時候，當場将他抓獲。
随後他将迪卡特軟禁起來，派人嚴密監控，看看誰跟迪卡特有接觸。很快他們就有了重大發現，有人經常在迪卡特被關押的附近轉悠，還給迪卡特遞過一些紙條。
張文奇反過來追蹤這些人，最終查到了這次間諜行動的主要負責人，他便是專家團的團長許林德。此人得知迪卡特落網後，心裡非常着急，冒着危險派人給迪卡特傳遞資訊，要求他自殺。
沒想到他們傳遞的資訊被偵查人員截獲，反而讓他們全部暴露。通過對迪卡特住所的搜查，他們發現大量惡意誣告中國政府的材料，看起來間諜打算利用這些東西做文章。不過此事并沒有結束，張文奇将調查結果向上級彙報，中央立即做出部署。
很快，在許林德準備回國的時候，埋伏的偵查人員将他抓捕歸案。和之前的瓦特一樣，許林德的衣服上沾有很多放射性物質，看起來他想用這種方式把秘密帶走。被捕之後，許林德等人把一切真相都交代出來，和張文奇猜想的一樣，他們就是為了原子彈來的。
至此，這起特大間諜案被順利偵破，中國的重要機密被保護下來。在這起案件中，張文奇等人的敏銳洞察力起到了決定性的作用，他們利用一個不經意的事情，順藤摸瓜最終查出了這樁大案，确實太厲害了。