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)警察老包調(diào)查（劉青云飾演），擔(dān)任文職的老包既不會(huì)拳腳功夫，也不懂如何開槍，卻思想縝密，對(duì)破疑難雜案有獨(dú)特方式。一心為民除害的熱血警探郭追（謝霆鋒飾演）不容于警局貪污腐敗氛圍，聯(lián)手老包調(diào)查此離奇命案。如何開槍不用子彈？如何讓子彈在穿入肉體的時(shí)候消失？老包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，卻沒有任何滿意的結(jié)果。隨著案情調(diào)查深入，兩位警探抽絲剝繭式發(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)豐富的老包也瞠目結(jié)舌。就在“幽靈子彈殺人”真相揭開之際，老包、郭追卻接二連三遭人追殺，警察小五（井柏然飾演）在開槍掩護(hù)老包、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（楊冪飾演）不經(jīng)意間透露出“幽靈子彈”驚天秘密，兩人不知這個(gè)“驚天秘密”是圈套還是破案線索，卻發(fā)誓要以命相搏！案情終于水落石出，郭追和老包卻發(fā)現(xiàn)各自的命運(yùn)被無情捉弄，兩人只能活一個(gè)的選擇擺在他們面前……