该剧改编自臧小凡的谍战小说《暗花》。故事中人性的纠结，人道主义的道德立场为这部谍战小说增添了更深刻的文学意义，同时也让作品吸引了大量的读者和粉丝，赢得了良好的口碑。中国国际电视总公司、中国广播电影电视节目交易中心立足于原小说的故事情节，原创制作电视剧《北斗行动》。剧情惊险刺激，环环相扣，有国共两党对于核物理学家的争夺暗战，也有最强间谍之间展开的信仰与人性的对决。力求全面生动刻画每一个人物形象，再现昔日扣人心弦的场面。

《北斗行动》的男主人公苏行由夏德俊饰演。身为新生代演员的他实力不容小觑，自05年出道至今已经出演过多部优质大剧，例如《秋收起义》、《毛泽东》等。在剧中，夏德俊饰演的苏行是被派去接童教授到“北方”的共产党员，面对敌暗我明的形势处变不惊，沉着冷静，为了心中的信仰不惜牺牲自己的生命。中国内地女演员刘艺丹饰演剧中的女主角童笙。剧中她是物理学家童江南之女，学生时代曾与苏行相恋，后来因被苏行抛弃以及遭遇母亲被杀而性情大变，由一位活泼的纯真少女变为冷冰冰的冰山美人。

剧中其它的角色也不乏观众熟悉的面孔：老戏骨王全有、姜超、王辉、刘惠分别饰演物理学家童江南、警察署探长李文博、国民党上校党勋琦和香港帮派老大庄老大。演员阵容中新生代和老戏骨碰撞出的火花，将提升不同年龄阶段人群对《北斗行动》的关注度。