永林饭店内，市长正在饭桌上和文化界的代表倡谈上海文化的发展，此时服务员将熬制的中药端了上来，市长正要喝药，却被公安局来的同志打断了，张汉超赶到饭店要求重新做安全检查，市长同意了张汉超的要求，再回到座位时摔碎了喝药的瓷勺，瓷勺割伤了服务员，服务员回到厨房时，头一晕栽倒在地。而这一幕就完全发生在张汉超的眼皮底下。
王黎生经过悉心检查，发现服务员系氰化物中毒，张汉超立即赶到餐厅，阻止了市长喝下那碗毒药，市长对于敌特的嚣张大为震怒，要求公安局全力破案。包括特务老蔡在内，饭店里所有的可疑人员都被带走，专案组封锁了厨房，严查之下在垃圾桶内发现了特务丢弃的半瓶氰化物。
毒药瓶上没有指纹，现在的嫌疑人有两个，一个是真正下毒的特务蔡正兴，另一个是酒店内熬药的实习厨师，专案组经过核实，粮油公司的特务蔡正兴反倒被放了出来。蔡正兴从拘留所出来以后和袁山接上了头，他对袁山对自己的数落大为不满。专案组搜查了实习厨师的家然后对他进行了提审，实习厨师对公安的疑点对答如流，的确不象是装出来的。
经过核实，饭店实习厨师的确没什么特别的嫌疑，李汉超经过慎密的分析，把注意的焦点集中在如何将药瓶带进饭店里，而能带进药瓶的只有不用搜身的宾客，专案组开始分别调查当天的嘉宾。张汉超来到剧团，恰巧遇到了来送饭的袁山，袁山走后，他详细地向谢音梦询问了星期三当天的情形，并且对她的随身手包产生了兴趣。
谢音梦将自己知道的合盘托出，并且提到在饭店有个送米的撞到了自己，张汉超暗暗留心，出了剧团的门，张汉超又发现袁山并没有离开。袁山从谢音梦的嘴里得知了张汉超问讯的内容，赶紧打电话通知了蔡正兴，果然杨诚即刻去询问他送大米的细节，蔡正兴没有隐瞒自己撞到人的事儿，再次躲过了盘查。案情陷进了僵局，但王黎生却发现了氰化物的来源。
袁山告诉蔡正兴二人，上面的经费已经批下来了，但需要经姓杜的女人中转，二人兴奋之余又拿不到钱，心生不满。王黎生调查了丢失氰化钠的化工厂，将目标锁定在了杜婷婷身上，专案组此时已经知道杜婷婷的特务身份，却放长线钓大鱼，对她的杂货铺进行了二十四小时的监控，只等她和其它特务联络。
