《五星红旗迎风飘扬2》承接“两弹一星”的故事，从1970年4月我国第一颗人造卫星上天写起，着力塑造毛泽东、周恩来、邓小平等老一辈革命家运筹帷幄，在复杂多变和严峻的国际环境中，审时度势，从容应对，始终立于主动地位。为了维护祖国的主权、领土完整和民族尊严，他们进行的坚定而有理有力的斗争，在严重困难面前，他们带领全国人民，迎难而上，以不屈的姿态和昂扬的精神面貌去战胜和克服困难，终于走出了一条中国特色的社会主义道路。
故事紧接上一季结尾：夏威夷州长遭谋杀后，Steve McGarrett成了头号嫌疑人，被临时羁押在监狱里等候出庭受审。Danny突然带着能够洗清他罪名的证据前来探监。与此同时，Kono遭到停职检查的处分，内务调查部派人对她展开全面调查。Terry O'Quinn在本集中扮演McGarrett在海豹突击队受训时的指挥官Joe White；Richard T. Jones扮演新任夏威夷州长Sam Denning；William Sadler再次扮演McGarrett的父亲John McGarrett。
温小暖（徐好 饰）是表演系毕业的学生，同时也是一名黄梅戏爱好者。为了将黄梅戏这一渐渐没落的戏种发扬光大，温小暖不惜放弃了可以成名的大好机会，甘愿去剧组跑龙套。一天，温小暖接下了一个特殊的任务——假扮成安宁文化总经理叶非墨（王冠逸 饰）的女朋友，陪他出席晚宴。在一来二去之中，温小暖竟然住进了叶非墨家里，两人开始了同居生活。 刚开始，性格迥异的两人都看对方不顺眼，温小暖觉得叶非墨总是高高在上，而叶非墨觉得温小暖就是个土包子。但随着时间的推移，两人都在彼此身上找到了不为人知的闪光点，就在他们的感情渐渐升温之际，叶非墨的前女友再度回到了他的身边。
惨遭灭门的段洵初（高铭辰 饰）误会长嫂林雯语（何宣林 饰）为仇人之女，满怀恨意离开多年后，成为军阀少将归来复仇，两人在家族恩怨的纠缠之下不断产生矛盾与误会，在拉扯的过程中互相暗生情愫，最终误会解开两人携手走向未来。
被临时调入检察厅刑事法制团的黄始木（曹承佑饰），与借调至警察厅搜查革新团的韩汝真（裴斗娜饰）因为溺水案重新有了交集。接下去，警检双方因为长期以来的权力不平等而要求的谈判即将开始。警方想获得从前紧紧攥在检察厅手里的调查权，彻底改变检方与警方的上下级关系，形成互相制衡的新生态。黄始木和韩汝真各自的上级禹太夏（崔武成饰）和崔晖（全慧珍饰），他们将代表各自的组织利益进行警检会谈。但情况不会那么简单，彼此掌握对方黑料，又都擅长利用舆论的两方会让这场权力的让渡之战变得复杂。
