民國(guó)時(shí)期，國(guó)內(nèi)最大的兵工廠發(fā)生離奇命案，死者被“幽靈子彈”所殺——犯罪現(xiàn)場(chǎng)找不到彈頭。一時(shí)之間，疑云密布，人心惶惶，此案堪稱(chēng)民國(guó)第一奇案。此案交由警局內(nèi)負(fù)責(zé)管理檔案的政務(wù)警察松東路調(diào)查（劉青云 飾），擔(dān)任文職的松東路既不會(huì)拳腳功夫也不懂如何開(kāi)槍?zhuān)瑓s思想縝密，對(duì)破疑難雜 案有獨(dú)特方法。一心為民除害的熱血警探郭追（謝霆鋒 飾）不容于警局貪污腐敗氛圍，聯(lián)手松東路調(diào)查此離奇命案。
　　如何開(kāi)槍不用子彈？如何讓子彈在穿入肉體的時(shí)候消失？松東路和郭追在槍和子彈上做了各種各樣的研究，包括向豬身體發(fā)射鹽子彈、冰子彈等等，卻沒(méi)有任何滿(mǎn)意的結(jié)果。隨著案情調(diào)查深入，兩位警探抽絲剝繭地發(fā)現(xiàn)恐怖陰森的殺人密室和離奇的造彈裝置，其詭異程度讓經(jīng)驗(yàn)豐富的松東路也瞠目結(jié)舌。就在“幽靈子彈殺人”真相揭開(kāi)之際，松東路、郭追卻接二連三遭人追殺，警察小五（井柏然 飾）在開(kāi)槍掩護(hù)松東路、郭追逃亡之時(shí)慘死。結(jié)案期限迫在眉睫，算命姑娘小云雀（楊冪 飾）不經(jīng)意間透露出“幽靈子彈”驚天秘密……