派出所年轻民警丁小田抓捕电信诈骗罪犯，与警方电信诈骗专案组不谋而合，专案组已经派出女特警小兔，混入远在泰国阿海与阿芳的骗子团队搜集证据，丁小田与卧底女特警小兔密切配合，与阿海、阿芳诈骗集团展开扣人心弦的反诈智斗，逐步掌握了犯罪团伙的诈骗各个环节机密与证据，但同时阿海也与人立下30天骗下1亿人民币惊天赌约，多位商业巨贾及大量老百姓卷入其中……

一日，眼部受伤的女人突然出现在廉政公署总部，扬言要控告商业罪案调查科警司黄文彬（林家栋 饰）贪污，廉政公署执行处首席调查主任陆志廉（古天乐 饰）与队员接手调查，在追查过程中，陆志廉发现事情并不简单，因为身为警司的黄文彬在执行职务时，不止没有阻止罪案发生，更利用职权参与犯罪。 正当调查渐渐有头绪时，重要证人一个一个被杀，包括罗德永（卢海鹏 饰），所有线索以及证据亦告失去，但有勇有谋的陆志廉并未放弃，随着神秘少女Angel（陈静 饰）的出现，他发现律师胡志勇（王敏德 饰）与“关怀基金”主席徐怀景（骆应钧 饰）有不可告人的秘密。 陆志廉今次将要面对一个庞大的贪污集团：当中包括了退休高官、警队高层、商界富豪、资深律师、会计师等，事件更牵涉到香港政府用作扶贫的150亿“关怀基金”……

为了侦破棘手案件，警方往往借助线人之手获取情报。然而在行动过程中，却常常有意无意置线人于危险之地。一年前，线人废噏（廖启智 饰）的悲惨下场让香港警察李沧东（张家辉 饰）的身心备受煎熬，表面的荣迁始终洗刷不掉铭刻其心中的罪恶感。而如今，他不得不再次与新的线人合作。这次，他找到了命运多舛的小混混何细鬼（谢霆锋 饰）。为了搭救身陷水火的妹妹，细鬼无奈接受了李沧东的任务，打入金行大盗华天（陆毅 饰）的团伙内部获取情报。 在细鬼的帮助下，警方掌握越来越多的证据，抓捕的罗网也渐渐收拢。与此同时，细鬼的境遇也愈加危险。一年前的悲剧似乎将再次重演，李沧东该如何选择……

故事发生在1940年代的香港，妙龄少女方兰（周迅 饰）和母亲（叶德娴 饰）一起过着相依为命的生活，两人将家中的二楼租住给了作家茅盾（郭涛 饰）和其太太孔德沚（蒋雯丽 饰）。方兰十分热爱矛盾的文字，在其中感受到了火热的革命热情和澎湃的民族气节，然而对于身边动荡的时局和紧张的政治氛围，方兰却知之甚少。 刘锦进（彭于晏 饰）是拥有着矫健身手的进步青年，受组织委托，他负责护送滞留在香港的一批重要文人返回大陆，茅盾一家人便在名单之列。在误打误撞之中，方兰被卷入了这一危险的行动之中，并在刘锦进的建议和鼓励之下，加入了革命队伍之中去，母女两人因此被卷入了历史的滚滚洪流之中。

作为亚洲金融中心的香港被称作“最安全的城市”，岂料警局接到一通匿名电话，对方声称劫持了警队的一辆前线冲锋车以及车内的五名警员和武器装备。此次事件引起了香港警队高层的高度重视，适逢处长（王敏德 饰）出访国外，此时由鹰派人物行动副处长李文彬（梁家辉 饰）与年轻的管理副处长刘杰辉（郭富城 饰）一起负责这次案件，并将行动命名为“寒战”，李文彬任总指挥。李文彬的儿子（彭于晏 饰）也是人质之一，刘杰辉因此对李文彬父子产生怀疑。与此同时，匪徒展开了进一步行动：警察被杀、爆炸案频发……到底是谁在将整个警队玩弄于鼓掌之中？香港真的是“最安全的城市”吗？