《天狼星行动》剧情详细介绍如下：
故事设定于1941年抗战时期，日军以“治安强化运动”为名对华北根据地展开大规模扫荡。青年军官廖武在中条山战役中率部突围，后被八路军李银龙部所救。李银龙邀请廖武组建一支深入敌后的行动队。与此同时，执行任务的陈秋雪奉命返回八路军总部，参与“天狼星计划”。行动队成员包括爆破专家程青红、大刀队刀神蓝敏等精锐，形成一支多技能融合的抗战小队。
行动队成立后，首要任务是阻止南京大屠杀刽子手平部雄一赴天津接受嘉奖。因团队默契不足，首次行动失败，队员陷入险境，幸得廖武冷静指挥才安全撤出。此次失败促使陈秋雪等人放下成见，信任廖武的指挥能力。随后，行动队通过情报得知平部雄一的心腹吴宝山贪财好色，遂设计刺杀平部雄一，成功完成任务。
日本侵略者调派华北挺身队围剿行动队，队长林木是廖武在西点军校的同学，两人多次交手。林木利用化妆术设计陷阱，但行动队凭借默契配合与特殊技能化险为夷，并成功营救战友。第31-35集中，林木根据线索追查静心道场，发现甄汉章已被杀，德川要求其利用戴彩霞获取天狼星信任。天狼星发现加密文件后请求上级解码，日本军部调整部署，高桥接替林木职务。阿玉姐认出高桥是杀害丈夫的凶手，跟踪时被甩掉。林木与高桥约见戴彩霞（由美子），决定跟踪监视。第32集，阿玉发现暗哨示警，被许清萍击中牺牲，沈柱城欲报仇被劝阻。第33集，天狼星设伏击毙高桥，王春梅为掩护队员与鬼子同归于尽。
德川透露新式武器将通过天津中转，李银龙强调摧毁“狼烟”计划的重要性。最终，陈秋雪和廖武策划将计就计，消灭林木挺身队，两人走上革命道路。
该剧采用“章回体”结构与“闯关式”情节，从青年战士视角展现抗战无畏精神。王春梅为救队友与敌军同归于尽的场面感人至深，朱子岩、吕一丁等演员的精湛演技深受观众喜爱。
