“Thiên thần nhỏ của đặc vụ” là bộ phim hành động bí ẩn hấp dẫn xoay quanh câu chuyện về Chen Kailun, một đặc vụ bí mật điển trai và lạnh lùng của nước M, và Li Mengli, một nữ sinh viên đại học hồn nhiên và năng động. Trong một lần hoạt động bí mật, hai người tình cờ gặp nhau tại một gian hàng tranh. Sau một chuỗi sự kiện bất ngờ, cả Chen Kailun và Li Mengli bị buộc phải sử dụng kiếm để ngăn chặn kẻ xấu, khiến nghi phạm tẩu thoát. Phi vụ tưởng chừng như phá sản, nhưng Chen Kailun phát hiện ra người tình nghi có liên quan manh mối trong tác phẩm nghệ thuật của Li Mengli. Ngay ngày hôm sau, Chen Kailun đến trường đại học nơi Li Mengli học tập và mong muốn nhờ sự giúp đỡ của cô.
Tuy nhiên, giới hạn trong mật danh và sự nghi ngờ của Li Mengli về thân phận thật của Chen Kailun đã vướng vào nhiều khúc mắc. Li Mengli cho rằng anh ta là một tội phạm nguy hiểm, trong khi Chen Kailun không thể tiết lộ danh tính của mình. Chiến thuật thu thập thông tin và trốn tránh đồng thời càng khiến mối quan hệ giữa họ thêm phức tạp. Trong khi điều tra, Li Mengli dần khám phá ra danh tính kẻ thủ ác sau khi chứng kiến một số bằng chứng. Càng tìm hiểu sâu hơn, mối dây liên kết mật thiết giữa Li Mengli và Chen Kailun được sáng tỏ dần… Li Mengli phát hiện ra Chen Kailun chính là người đã lặng lẽ cứu mình trong thời khắc nguy hiểm.
