在南方某省公安厅设立的保密询问室内，女督察杨华(王茜 饰)与督察处处长史杰(张潮 饰)正依照法定程序进行司法询问，针对汉山市刑警支队长龙达(吴若甫 饰)被指控“性侵犯”一案展开调查。此前，在汉山市警方执行的一次缉毒行动中，线人赵东携带二十公斤毒品离奇消失，作为该行动主管负责人的龙达，因此被追究重大责任事故的罪责。恰在此时，检举龙达涉嫌贪污受贿的匿名信函被送至省厅，省厅经过研究，决定指派杨华负责对龙达的问题进行核查，同时要求她对曾被举报存在重大问题的汉山市仁昌集团展开秘密侦查。当杨华寻获与仁昌集团存在关联的证人宋大福并准备进行询问时，宋大福却突然死亡。龙达随即被采取暂时性羁押措施，执行“双规”规定。在此期间，龙达接收到赵东发出内容为“砖窑、生命危险”的寻呼信息，在别无选择的情况下，他击倒负责看守的史杰，从警局逃离。龙达赶赴赵东求救信息中所指的砖窑地点，并未发现赵东踪迹，反而再度卷入一桩杀人案件，嫌疑重大。汉山市公安局据此作出决定，在内部对龙达实施通缉。
龙达察觉自己可能陷入他人设计的圈套，于是前往寻找指控其“性侵犯”的当事人柳思思(周莉 饰)，试图从她那里获取某些线索。而此时的柳思思正遭受冷野云的追杀，龙达出手解救并挟持了柳思思，二人由此开始了逃亡历程。在龙达的持续追问下，柳思思谎称自己是因金钱所迫才被迫诬告龙达，龙达计划将她移交至马玉处，以期借此为自己澄清事实。在马玉与龙达约定进行交涉的地点周围，史杰预先部署了狙击人员，以防备龙达可能出现的反抗行为，龙达在愤慨中再度逃离现场。杨华通过调查注意到史杰长期与某些线人保持秘密联络，加之此次史杰的部署行动，杨华开始对史杰产生怀疑，认为史杰可能与龙达存在重要关联，并企图实施灭口。
龙达再次接到赵东的传呼，内容显示“我危险、小木屋”。龙达迅速赶往小木屋，却发现使用传呼机联系他的实为其女儿龙小菲(陈小妹 饰)，龙达嘱咐女儿前往临海市投靠郭为人。龙小菲前往临海的动向被夜总会经营者冷野云察觉，冷野云设下计谋，诱导柳思思与龙达前往临海。所有矛盾的焦点似乎都汇聚于临海，杨华与史杰商议后，决定前往临海查寻龙达的下落。通过技术部门的鉴定，史杰发现近期发生的一系列枪击案件中所使用的枪械，竟然均是龙达此前报失的佩枪。龙达前去寻找郭为人，不料杨华等人已先行抵达，龙达几乎被抓获，情急之下他挟持并意外伤害了郭为人。龙达将自己的警用配枪交由柳思思保管，未料柳思思随后声称警枪被不明身份者夺走，龙达对此心生疑虑。
冷野云的下属王子明绑架了名为英子的女子，迫使赵东现身。龙达找到王子明，从而获得了关于赵东的信息。王子明试图反抗，被龙达击毙。龙达将女儿龙小菲托付给郭为人的未婚妻，同时也是自己昔日恋人的叶楠(谭小燕 饰)照料。史杰决定采取行动，设法打入贩毒网络内部。杨华通过省厅安插的卧底人员何进与柳思思取得联系，经过协商，柳思思将龙达冒充毒贩前往“金枪鱼”处寻找赵东的情况告知了杨华，史杰等人据此决定将“金枪鱼”与龙达一并抓捕。金枪鱼安排了龙达与一名叫“老发”的毒贩进行交易，殊不知“老发”正是史杰假扮，由于史杰缺乏卧底经验而引起了金枪鱼的怀疑，龙达借助赵东的帮助掩饰了史杰的真实身份，使史杰得以脱险。龙达让赵东向警方拨打电话以证明自身清白，然而赵东因英子被冷野云绑架而再次诬陷龙达。柳思思随后遭到冷野云绑架。
史杰成功抓获金枪鱼，并说服其担任卧底，与冷野云进行交易。龙达从英子处获悉柳思思被囚禁于野玫瑰夜总会，于是返回汉山市营救柳思思。冷野云在警方实施抓捕的过程中逃脱，史杰却意外地抓获了前来营救柳思思的龙达。杨华分析认为，要查明仁昌集团的问题，关键人物在于宋大福的女儿宋佳丽。杨华前往寻找宋佳丽，途中遭遇冷野云。赵东通过寻呼机与史杰联系，史杰要求龙达协助他营救杨华，成功救出杨华后，史杰巧妙地放走了龙达。龙达从赵东口中得知是冷野云在背后陷害自己，当龙达带着赵东前往警局试图说明一切时，赵东遭到枪杀，而凶器正是龙达丢失的那把警枪。史杰放走龙达的行为引起了杨华的不满，而被羁押在警局、绰号“叫化子”的人员则向杨华提供了一些史杰与龙达的合影照片，意图构陷史杰。
柳思思在前往寻找宋佳丽的途中被孙铁绑架，她说出了龙达的藏身地点。马玉跟踪龙达，找到了宋佳丽，龙达告知马玉警方内部可能存在内奸，马玉出于信任释放了龙达。龙达与孙铁等人相遇，双方发生枪战，此时，以作风强悍著称的省厅刑警徐海宽出现，三方陷入混战，龙达趁机逃脱。龙达前去获取宋佳丽所保存的其父宋大福的最后一本日记，在大学宿舍与冷野云遭遇，龙达从冷野云处找到了其情妇“黑茉莉”的照片。宋佳丽将日记本交给史杰，史杰发现其中关于九月十四日的记录是空白的。杨华持续对仁昌集团以及野玫瑰夜总会进行调查，发现野玫瑰的初始资金来源于黑马货运公司，而该公司正是仁昌集团的前身。柳思思怀疑冷野云并非最终的黑手，幕后主使可能隐藏在仁昌集团内部。
杨华前往仁昌集团询问董事长张仁昌，张仁昌表现出积极配合的态度，在一定程度上缓解了警方的疑虑。杨华对宋大福遗留的日记进行了细致分析，从中发现了一个关键人物——陈海，此人手中掌握着仁昌集团的重大秘密。冷野云绑架了龙小菲，以此胁迫龙达，危急时刻，史杰解救了龙达，冷野云被击毙，龙达从中获得一条信息：黑匣子。与此同时，杨华发现冷野云即是日记中所提及的陈海，她对史杰的怀疑进一步加深。杨华从马玉处得知史杰并非龙达的同谋，其一系列行动均出于自身的计划安排，杨华对史杰有了新的认识。当金秘书强烈主张将史杰停职时，杨华坚持让史杰继续参与工作。
“黑茉莉”得知情夫冷野云被击毙后恐慌不已，决定将“黑匣子”出售给张仁昌，然后远走他乡。卧底何进将此消息传递给杨华，杨华又让史杰转告龙达，意图将涉案人员一网打尽。在交易地点，爆发了一场混战，龙达挟持史杰得以逃脱。杨华从龙小菲处了解到叶楠与龙达的关系，进而找到叶楠，获得了龙达的落脚点。徐海宽带人前往抓捕龙达，而张仁昌误以为龙达已取得黑匣子，也派人前往龙达住处，徐海宽与张仁昌的属下发生激烈交火，徐海宽不幸牺牲。史杰等人查明宋大福是张仁昌的养父，并打探到关于日记本中“九月十四日”的相关信息。史杰将消息传递给龙达，二人决定协作，由龙达负责追查“黑匣子”，史杰负责调查九月十四日究竟发生了何事。
龙达和史杰始终对柳思思的身份存有疑惑，经过一次深入交谈，龙达得知了柳思思的身世，并获悉她的父母死于九月十四日的一场火灾。史杰通过消防部门查证到，十年前九月十四日的火灾发生在黑马货运公司，导致八人死亡。宋大福利用这次火灾，为张仁昌骗取了高达两千四百万元的保险金。进一步的调查显示，火灾赔付款项的供货方是冷野云，真相逐渐清晰，仁昌集团的原始积累正是源于此次火灾。龙达联想到冷野云的情妇“黑茉莉”，几经周折，他找到了黑茉莉，并从她手中取得了所谓的“黑匣子”——一个黑色的记事本。龙达随后被孙铁劫持，龙小菲和柳思思携带黑匣子逃走。柳思思和龙小菲试图向史杰求助，不料史杰已被金秘书禁闭。龙小菲打电话给叶楠，而此时的叶楠已被张仁昌绑架，张仁昌得知情况后，急忙赶往龙小菲所在的椰林广场。孙铁接到张仁昌的通知，带着龙达前往椰林广场。柳思思电话通知了杨华，杨华感到最终时刻即将来临，率领警队前往现场。
在椰林广场的混战中，叶楠被龙达误伤身亡。柳思思告诉潘耘田，黑匣子已在龙达手中。龙达将黑匣子交给史杰，经鉴定，匣内所藏证据系伪造。龙达以警察身份从黑茉莉处取得了真实证据。史杰通过金秘书与张仁昌约定，用真正的黑匣子交换一百五十万元。孙铁代替张仁昌前去与史杰交易，被击毙。龙达突袭仁昌大厦，在混战之中，张仁昌竟被柳思思和潘耘田带走。经过鉴别，所获证据被确认为真实。龙达的冤屈得以洗清。杨华下令拘捕金秘书，针对张仁昌的抓捕行动随即展开。
在潘耘田的别墅中，张仁昌得知潘耘田的女儿因当年那场火灾痛失恋人，进而精神失常。而过去十年间，潘耘田的所有行为都是在为女儿复仇。史杰等人赶到潘耘田的别墅，逮捕了张仁昌。龙达当场揭露了由潘耘田策划的、包括栽赃自己、摧毁仁昌集团、杀害赵东、谋杀徐海宽在内的一系列阴谋，但因缺乏充分证据而受到嘲弄。潘耘田深知龙达知晓内情过多，便派遣手下前去除掉龙达，史杰及时赶到解救龙达，壮烈牺牲。警方随后拘捕了潘耘田与柳思思。龙达走向局长高青山，陈述道：我，龙达，二级警督，警号汉400082，警用制式手枪，枪号W8409623896，人与枪械，现申请归队。