אחרי הפסקת הפעילות שלהם במוסד, לארבעת גיבורי הסדרה — גיא, נועם, רועי ודריה — לא קל לחזור לחיי שגרה של לימודים ובילויים עם חברים. גיא מנסה לפתור את הבעיה ומחליט לגייס את חבריו כדי לעזור לאבא שלו לגלות מי גונב את הסודות המסחריים של החֶברה שהוא עובד בה.
תוך כדי ההכנות למבצע הריגול התעשייתי, הילדים מתחילים לשים לב למשהו מוזר: אישה ג'ינג'ית מסתורית עוקבת אחריהם. למה? מה היא רוצה מהם?
הילדים מחליטים לערב את חנן, איש המוסד שגייס אותם, ומתברר שהם נקלעו לפרשה מסעירה במיוחד, שמתפרשת על פני שלוש יבשות, מאיימת על מדינת ישראל, ומערבת יריב מסוכן שהם מכירים היטב.
מבצע תל אביב מעמיד את הגיבורים במבחנים קשים מתמיד, ומביא את הסדרה שליחות חשאית לשיא חדש של מתח והתרגשות.
