מחתרת הנייר מגולל את סיפורם האמיתי והלא ייאמן של יהודים מגטו וילנה שהצילו אלפי ספרים וכתבי יד נדירים – תחילה מידי הנאצים ואחר כך מידי הסובייטים. הם הסתירו אותם על גופם, טמנו אותם בבונקרים והבריחו אותם מעבר לגבול. זה סיפור של גבורה והתנגדות, של חברות ודבקות בספרות ובאמנות, עד סכנת חיים.
הספר מבוסס על תעודות ביידיש, בגרמנית, בעברית, באנגלית וברוסית, בין השאר יומנים, מכתבים, זיכרונות וראיונות עם כמה מגיבורי הסיפור. הוא מתאר את פעילותה הנועזת של קבוצת משוררים שהיו לפרטיזנים ונאבקו ב"מטה מבצע רוזנברג", הגוף הנאצי שביקש להעביר לגרמניה את החומרים יקרי הערך מירושלים דליטא ולהשמיד את השאר. קבוצה זו כונתה "בריגדת הנייר", והובילו אותה המשוררים שמרקה קצ'רגינסקי, הרפתקן מוזר וחכם, ואברהם סוצקבר. במקביל עסקה הקבוצה ברכישת כלי נשק ובכתיבת שירה, שנודעה לתהילה בגטו וילנה המתמעט והולך.
עם ההשתלטות הסובייטית על וילנה גילו חברי הקבוצה שנותרו בחיים כי אדוני העיר החדשים אינם מסבירי פנים לתרבות היהודית יותר מאשר הגרמנים, ויש לשוב ולהציל את אוצרות הרוח שנמצאו במטמונים באמצעות הברחתם מברית המועצות.