抗日战争爆发，日军在月亮岛兴建劳工营抓捕了3000多名中国百姓和战俘，劳工多次越狱都以失败告终。游击队射日团中了日军埋伏，幸亏大部分成功突围。体育老师刘墨扬和恋人苏静郊游时遭遇日军，他为了掩护苏静逃跑而不幸被日军抓捕。墨扬和一群百姓被抓到月亮岛，狱长野田警告所有劳工休想逃跑。墨扬劫持日本女护士常盘雅子时趁机将家传戒指藏在她的医疗包里，身着囚衣的他难以接受变故。

野田故意当众活埋未完成任务的劳工以此杀鸡儆猴，墨扬深受震撼要求面见狱长引起劳工共鸣。墨扬遭到野田毒打后惨受酷刑，他不愿屈服大骂日军。侯志文利用一具男尸冒充墨扬，他谎称墨扬遇害以此希望能让苏静早日脱离痛苦。野田将浑身是伤的墨扬放入盐水大缸中示众，众劳工纷纷用眼神手势鼓励墨扬。鸟尾将军叮嘱野田不要一味在肉体上折磨劳工，他表示生产出军需补给才是重中之重。

苏静身穿婚纱割腕自杀，幸亏苏父发现及时。多名劳工手持铁锤杀了日军看守抢了枪准备逃出去，结果皆被击毙。墨扬明白只有活下去才有机会逃出去，他向野田屈服。越狱事件频发导致劳工数量下降，野田下令将劳工们两人一组戴上腰箍锁在一起劳作。射日团成员邱天华手臂中枪溃烂，苏静帮助他做了手术。日本著名作家渡边仁受鸟尾之邀来华，他发现日军企图非礼中国姑娘后立即阻拦斥责。

永田企图对雅子图谋不轨，墨扬施计阻拦。墨扬在雅子的医疗包里翻找家传戒指，他向雅子讲述了自己与苏静的爱情故事。野田对收起锋芒的墨扬颇为赏识，他企图让墨扬当劳工的楷模。苏静开棺验尸，她确定墨扬未死后拜托张院长向鸟尾要人。鸟尾希望张院长的医学院向日军提供帮助，张院长趁机索要墨扬。墨扬拜托雅子帮忙传信给苏静遭拒，他尽量拖延在医务室的时间意图寻找逃跑机会。

野田命墨扬立即干活，墨扬拜托雅子帮忙保管戒指。雅子擦干净了墨扬伤口上的磺胺粉，她表示这是违禁药品。墨扬违心表示以后会全心全意为皇军劳动，并劝劳工们不要反抗。鸟尾受张院长之托派人查探月亮岛上有无墨扬此人，墨扬误以为是野田试探而不敢承认。墨扬干活卖力得到野田奖励，却令其他劳工更加鄙视墨扬。墨扬暗中观察掌握了岗哨换防时间，汪三发现后让墨扬逃狱时带着自己。

雅子表示很多劳工都得了败血症需要改善伙食和提供放风时间，野田担心劳工商讨越狱计划而不同意提供放风。汪三偷了钥匙导致日军前来搜查，他在狱友配合下化解了危机。数名劳工密谋越狱，编号053主动请缨偷制作钥匙的铁片。墨扬阻拦狱友越狱并建议组织所有劳工一起行动，但053一意孤行还想掐死墨扬。一批国军战俘被送到月亮岛，墨扬认为国军团长适合当越狱计划的领头人。

团长陆刚在上工首日就震慑日军并怒骂所有劳工是汉奸，性格刚烈的他惨遭酷刑高烧不退。墨扬砸伤自己的手后获许去医务室包扎，他偷回违禁药磺胺粉撒在陆刚的伤口上。射日团炸了日军军需库，团长邱天红为了掩护战友撤退而不幸被捕并被送到月亮岛。渡边仁认为应该让中国人完全在思想上臣服于日本，他被鸟尾任命为月亮岛典狱长。陆刚清醒后丝毫不感激墨扬，他鄙夷墨扬等人苟且偷生。

野田表示既然陆刚不能出工就要活埋，墨扬冒死为陆刚求情，最后野田同意给二人三天时间。墨扬改用激将法讽刺陆刚没有担当，陆刚终于同意出工。渡边仁视察后决定将月亮岛作为日本统治世界的范本，他走马上任决定对小岛进行整改。渡边仁了解了陆刚和墨扬之事，他企图慢慢磨掉二人的反抗意识将他们变成日本顺民。陆刚讽刺墨扬是懦夫，墨扬激动反驳并露出自己身上的伤痕。

陆刚在墨扬的苦劝之下终于转变了态度，他被日军吊到广场上后咬牙坚持。雅子在陆刚身上发现磺胺粉的残留，她犹豫是否告发墨扬偷药之事。永田大举搜查在六号监舍发现磺胺粉的空瓶，他以此威胁雅子为自己开假条。渡边仁废除野田制定的各种刑罚，他表示若劳工违反狱规便会处以绞刑。永田带了一名女劳工企图出岛游玩，陆刚拼命阻拦被罚关禁闭，随后永田把陆刚用违禁药一事报告了野田。

渡边仁调查后证实偷药之人是墨扬，野田恼羞成怒企图杀了墨扬却遭渡边仁阻拦。一名女劳工来了例假腹痛难忍，渡边仁让她回监舍休息，之后053号将铁片藏在衣袖里蒙混过关。渡边仁颁布新狱规改善了劳工的待遇，墨扬表示渡边仁用心险恶企图借此消磨劳工的意志。渡边仁派人扮成003安排在墨扬这一组，墨扬等人没有了说话的机会。月亮岛的军需生产量提升，劳工的死亡率降到了零。

渡边仁计划在深夜12点对士兵进行演习，五号监舍当晚企图越狱时突然警铃大作，劳工营里新安装的电路防护装置全部启动，五号监舍的越狱计划未能实施。侯志文向苏静求婚却遭拒，之后苏静偷听到永田的话后怀疑墨扬被抓到了月亮岛。渡边仁警告003号盯紧墨扬和陆刚，之后他向野田告知陆刚和墨扬的一举一动都在自己的掌握之中，懂唇语的015号在远处“听”了个分明。

墨扬怀疑003是渡边仁安排的奸细，他故意设局证实了此事。003当初送母亲看病时被日军所抓，渡边仁表示只要003从墨扬和陆刚处得到有价值的情报便会将他释放。003告诉墨扬等人自己并未出卖狱友，墨扬设局利用003向渡边仁传递假情报，之后渡边仁中计相信他们是在窝里斗。野田让003身穿日军军装后诬陷越狱将他送上绞刑架，渡边仁假意阻拦提出成立公审团投票决定003的生死。

渡边仁选出墨扬等11名劳工加入公审团，法官声称003袭击看守企图越狱违反了狱规。003意识到自己中了野田的圈套，11人中九票认为003无罪，但法官睁眼说瞎话宣布003罪名成立被处绞刑，渡边仁就是借此事离间所有的劳工。墨扬想到越狱计划首步就是设法联络外界取得外援，他想利用雅子联络苏静。日军要求医院用中国人活体实验做出来的疫苗全部用于救治日军，张院长只能顺从。

墨扬装病来到医务室，他上演苦情戏跪求雅子将戒指交给苏静。岛上有劳工发疯而死，雅子听从墨扬建议趁机将戒指塞到尸体身上后运送到医学院。墨扬认为苏静若从尸体上发现戒指后一定会意识到自己身处险境，苏静从而会根据尸体来源查到月亮岛。苏静请假不打算上解剖课，雅子恳求苏静再上一堂解剖课但却遭拒。雅子担心尸体里的戒指被发现，她想趁解剖课之前取回戒指。

雅子准备取回戒指时却因鸟尾突然视察而未成功，张院长也临时让苏静回校上课。苏静上课时发现了尸体里的戒指，她决定设法救出墨扬。墨扬提议越狱必须团结所有劳工，陆刚在墙上敲密码提醒五号监舍停止行动。053不听墨扬劝阻，他一意孤行并绑了阻止行动的狱友穿山甲。五号监舍开始越狱，除了053侥幸逃脱外其余人全部被杀。渡边仁在死亡劳工身上发现钥匙，他下令搜查五号监舍。

苏静在河边发现053的囚服后怀疑墨扬被关在月亮岛，她潜伏在岸边观察猜测月亮岛是日军的生产基地。053通过泅水逃离了月亮岛，他回家后却惊悉怀孕的妻子被永田糟蹋后遇害。渡边仁设局企图让劳工起内讧，他成功离间了所有的劳工。雅子发现劳工存在肌肉退化的现象，她建议增加适当的运动以此提高劳工的体质，渡边仁同意此事并让墨扬每天带领劳工们做广播体操。

墨扬将从陆刚处学习的旗语动作穿插在广播体操中，他传递的消息通过分散在各个监舍的地下党和国军士兵迅速传播到整个监区，劳工们逐渐消除猜忌并接受越狱计划。众劳工非常钦佩墨扬，他们一致推举墨扬为越狱计划的带头人。汪三上工时偷取做钥匙的铁丝，他出门时遭到渡边仁搜查情急之下将铁丝吞下了肚。汪三回到监舍后意外将铁丝拉了出来，他开始在上工时偷偷吃铁丝以此筹集材料。

渡边仁要求劳工阅读《大亚细亚主义论》，他企图让中国人在精神上彻底臣服于日本。很多劳工不识字，渡边仁举办读书会挑选有文化的劳工教他们读书。苏静接近侯志文趁机提出上月亮岛，侯志文恳求大佐给一张月亮岛的通行证时却遭严刑拷问。邱天华带领射日团袭击日军，苏静将月亮岛劳工一事告知邱天华。张五金做出了万能钥匙，墨扬意识到万能钥匙却打不开渡边仁设立的电动铁闸门。

穿山甲发现105是位电路高手，但105拒绝加入越狱组织。劳工老严上岛前在日本商人家当仆人，野田特许老严留在军营里打杂，之后老严发现电路图纸藏在阅览室后面的资料室里。墨扬奉渡边仁之命为劳工们讲解书籍 ，他遭到劳工鄙夷。苏静为日军医疗人员上课时故意痛骂日本人，她惨遭严刑拷打拒绝写悔过书而被送上月亮岛。渡边仁组织劳工分批到阅览室听墨扬演讲，汪三趁机观察地形。

雅子发现苏静来到岛上，她认为苏静是为了未婚夫而来。苏静坦白自己故意被抓来岛上，邱天红表示墨扬是个大汉奸。墨扬奉渡边仁之命发表演讲拥护日军，一名劳工训斥墨扬时惨遭日军杀害，苏静误以为墨扬是汉奸而非常失望。墨扬见到苏静也在岛上后变得十分消沉，他在陆刚等人劝说下决定为了苏静和中国人振作起来。为了彻底驯化劳工的思想，渡边仁邀请日本高僧来到岛上传授佛法思想。

苏静无法理解墨扬若变成汉奸为何还与自己联系，邱天红也想起墨扬教体操时用旗语传递消息之事。穿山甲故意打架后被送去和女劳工一起听高僧讲经，他施计与邱天红联系并告知墨扬所说的“章鱼”二字，之后苏静终于明白墨扬正在实施越狱计划。墨扬故意在阅览室引起纷争，汪三趁机潜入资料室找到电路图。老严从下水道接应汪三后准备将图纸藏到厕所让墨扬去拿，但汪三只能待在下水道等待次日从操场井盖口出去。

陆刚等人在放风时故意在操场打架吸引日军注意力，墨扬趁乱打开井盖放出了汪三。陆刚为了给墨扬争取时间而故意砸伤了手，墨扬在厕所找到图纸记下来后又放回原处。墨扬拜托105帮忙查看电路图，105见到电路图后明白父亲已经遇害。105记下图纸后将其毁掉，他向墨扬坦白电路图是父亲所画并愿意入伙为父报仇。苏静装病被送到医务室，墨扬收到消息后也假装晕倒如愿见到苏静。

永田企图对苏静图谋不轨，雅子谎称苏静有传染病这才令永田离开。野田无意中得知080就是鸟尾曾寻找过的墨扬，他和永田欲杀墨扬灭口。永田命劳工延长劳动时间企图挑起事端，墨扬察觉有异立即答应。永田焚烧工场致使一百多名劳工被困，野田禁止开门并欲杀雅子灭口时被墨扬砸伤。老严取到万能钥匙打开大门放出劳工，墨扬装晕被送到医务室后配合弟兄展开行动，陆刚带着105趁机赶赴二楼配电室企图切断闸门电源。

105成功切断电动闸门的电源，众劳工配合默契圆满完成初步计划。永田向渡边仁禀报起火原因是电线老化，之后渡边仁命雅子坦白真相后威胁她将此事定性为意外起火。墨扬根据图腾怀疑雅子并非日本人，他恳求雅子设法帮苏静离岛却遭拒绝。墨扬表示必须找到外援吸引小岛高处六挺机枪的火力，但却无法与射日团取得联系。墨扬和苏静同时想到办法，苏静决定冒险假死借机离开月亮岛。

苏静再次装病来到医务室，她乞求雅子给自己注射冬眠合剂以便假死离岛。雅子坦白自己是台湾原住民秀兰玛雅，是当年日军从台湾强征的军人军夫的一员。雅子施计安排苏静和墨扬见面，苏静让墨扬将章鱼计划的具体内容告诉自己。雅子认了苏静当姐姐并为她注射了药物，之后她向渡边仁汇报此事并请求将苏静的尸体送到医学院解剖。渡边仁感觉雅子的口音很奇怪，雅子说谎暂时打消他的疑虑。

苏静在医学院停尸房苏醒后换下旁边尸体的衣服离开，宪兵队追查危险分子时发现了苏静的囚服。月亮岛劳工营的尸体消失，渡边仁检查药物发现了真相，他调查后向雅子追问墨扬是否是苏静的未婚夫。雅子谎称苏静的未婚夫半年前失踪，她承认是中国人后被渡边仁处死。苏静在张院长帮助下回家后带着父亲立即离开，日军前来搜查一无所获。苏静拜托侯志文藏好父亲，她立即去找射日团。

渡边仁为给天皇祝寿而举办联谊足球赛，他希望给囚犯们留下中日亲善的印象。墨扬从各个监区挑选队友参加球赛，他叮嘱众人利用训练的机会展开全面联络。野田已知是墨扬打瞎了自己的眼睛，永田表示会断掉墨扬一条腿后将他干掉。预演赛开始，永田明目张胆不断对墨扬下黑手，之后渡边仁警告野田停止此事。众劳工在观看比赛时私下传递消息，女劳工阿苹出现幻觉逐渐走出警戒红线外。

野田开枪打死越界劳工阿苹。男劳工定端午节越狱，苏静告知邱队长章鱼计划。渡边仁将军火安置月亮岛。老严告知刘墨杨日军运物资，刘墨杨交代摸清灯台路线。两人越狱被击毙，发现铁丝可开劳区锁。万能钥匙被偷，刘墨杨不赞同偷材料。穿山甲吃下材料被发现，野田杀之，渡边仁训斥。穿山甲之死加深仇恨，老严自告奋勇发信号，503 号为报仇毁容。

毁容的053假扮流浪汉被日军抓到月亮岛上，墨扬一眼认出了053，但053仍然坚持独自行动。053惊悉穿山甲的死讯后失声痛哭，他坦白当初逃狱时曾在狱中留了一把钥匙。邱天红联络上了八路军驻此地的主力团，射日团在与主力团会合途中遭到鬼子追击，幸亏主力团及时救援。苏静将章鱼计划告知主力团张团长，张团长万分钦佩。日军怀疑侯志文经常出城下乡与苏静见面，他们暗中派人跟踪。

侯志文强颜欢笑祝福苏静和墨扬，此时传来日军摩托车的声音。为了掩护苏静父女，侯志文拉响手雷与日军同归于尽。日军准备在端午节当晚举办联欢会，野田命令劳工留在工场加班。章鱼计划的关键在于老严能否干掉工场守卫打开铁门，墨扬对老严非常有信心。苏静加入了射日团，她坚持参加摧毁月亮岛的行动。老严一直在暗中调查日军秘密仓库的出入口，他的目的是寻找日军秘密武器。

原来老严是潜伏在日军高级军官身边的地下党，他的主要任务是摸清敌人细菌武器的藏匿之处。老严没有按照原定计划干掉守卫而遭到劳工们痛斥，他坦白了细菌武器的危害性，随后众劳工投票同意推迟越狱计划摧毁日军细菌武器。墨扬提议用八路军暗码向岛外传递推迟行动的信息，邱天红打晕老严登上灯塔发送信号后被日军击毙。野田将老严关到刑讯房审讯，他未发现破绽只能释放了老严。

渡边仁怀疑劳工已与岛外有了联络，他猜到邱天红上灯塔是为了向岛外发送行动中止的信号，此时岛外张团长等人也猜测劳工推迟行动是为了摧毁细菌武器。日军修建月亮岛基地后杀了78名中国工程师，他们为了销毁罪证烧毁档案。老严提前偷走图纸发现秘密仓库设在五金工场下面，出入口是一道电动铁门。渡边仁猜到劳工推迟行动是为了秘密武器，老严告知陆刚日军可能会有大屠杀行动。

渡边仁意识到自己一直被墨扬所骗，野田企图击毙墨扬时突然接到命令屠杀一千多名劳工。日本高僧苦劝渡边仁勿要杀人，谁料却被实为日军特工的弟子小村正隆击毙。张团长截获电令惊悉日军即将屠杀月亮岛劳工，众人心急如焚商议对策。老严催促墨扬等人尽快行动并表示能通过日军电台联络八路军，墨扬施计将爆破手和105换到六号监舍。日军封闭工场门窗企图放毒气杀死劳工，墨扬向众人交代作战计划。

渡边仁派小村正隆除掉已听到屠杀计划的老严，老严打晕小村正隆后换上日军军装，他进入通讯室用电台向八路军总部传递章鱼计划的行动信息。老严故意在通讯室留下证据以此误导渡边仁，他回到住处拿出日军杀害78名工程师的罪证意图带出岛。渡边仁推断劳工即将越狱，之后他中了老严之计下令按照原计划实行屠杀计划。此时，岛外的八路军为配合劳工越狱积极部署火力。

岛内众劳工上工时突然行动解决了监区守卫和押送的日军，劳工们迅速分头行动。105成功打开闸门进入秘密仓库，他利用电引爆仓库与敌人的秘密武器同归于尽。岛外八路军对月亮岛发起佯攻，渡边仁请求增援失败。墨扬假意投降以此拖延时间，邱天华率兵上岛解决了企图击毙劳工的日军。053咬死了仇人永田后惨死野田刀下，老严也击毙了小村正隆。渡边仁自杀而死，墨扬杀死野田后与苏静重逢相拥而泣……