故事发生在第二次世界大战期间，盟军反情报特工马克斯（布拉德·皮特BradPitt饰）和法国间谍卧底玛丽安（玛丽昂·歌迪亚MarionCotillard饰）在军事战略要地卡桑布兰卡相遇，为了完成刺杀德国大使的共同愿景，两人不得不假扮夫妻。刚开始，个性大相径庭的马克思和玛丽安之间屡屡产生误会和矛盾，但随着时间的推移，当他们经历了一些生死存亡的危急时刻并且互相救助之后，两人间的假戏慢慢变成了真做，他们相爱了。最终，任务顺利完成，有情人终成眷属，他们结了婚，还有了爱情的结晶。本以为日子就将长此以往的这样进行下去的马克斯，在一次偶然中开始怀疑自己的妻子的真实身份是一名纳粹间谍。
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