民國時(shí)期，國內最大的兵工廠(chǎng)發(fā)生離奇命案，死者被“幽靈子彈”所殺——犯罪現場(chǎng)找不到彈頭。一時(shí)之間，疑云密布，人心惶惶，此案堪稱(chēng)民國第一奇案。此案交由警局內負責管理檔案的政務(wù)警察松東路調查（劉青云 飾），擔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，對破疑難雜 案有獨特方法。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)意的結果。隨著(zhù)案情調查深入，兩位警探抽絲剝繭地發(fā)現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)驗豐富的松東路也瞠目結舌。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)槍掩護松東路、郭追逃亡之時(shí)慘死。結案期限迫在眉睫，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……