《波斯猫在行动》是一部反映上海解放初期谍战斗争的电影。剧情紧张而扣人心弦，围绕着一场代号“波斯猫”的刺杀行动展开。国民党特务头子毛人凤策划了一场谋杀陈毅市长的阴谋，特派胡铁雄执行刺杀任务。上海市公安局的侦察队长鲁军巧妙化装成“左臂猴”，与敌人接头，暗中调查真相。

在一次接头中，鲁军险些被胡铁雄暗杀，但他凭借机智和勇气，继续深入调查。胡铁雄在准备行刺陈毅时，意外得知陈毅曾救过自己母亲的性命，内心产生犹豫。然而，他最终选择了背叛和冷酷，企图在陈毅的食物中下毒。在母亲的严厉审问下，胡铁雄虽然供出了实情，但对母亲的劝导置若罔闻。

最终，在陈毅市长亲自指挥的浦东抢险现场，胡铁雄孤注一掷，驾驶摩托艇企图行刺。鲁军紧追不舍，在关键时刻抢先开枪，将胡铁雄制服。在军民的围堵下，胡铁雄低头就擒，结束了这场惊心动魄的谍战斗争。