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？
某晚，警察局来了一个不速之客军（王宝强 饰），他向当值探员报称自己杀了五个人，但他既说不出与受害者关系，又不能描述出受害者被杀过程或遇害地点。原来只是计划把五人杀死。探员在记下军的联络住址后便把他驱逐，在探员眼中，他只是一名无聊的精神不正常者。可是不久，督察汉（刘青云 饰）驻守的区域却发生了一件凶杀案：死者形状恐怖，汉认为这种处死方法带有不寻常的动机，不到一星期汉接手另一宗凶杀案，死者也是一名男子，死于一个废置的机械工场。他的死法十分残酷，死者的双脚被强行穿上细尺码的红色高跟鞋，脚面和两侧都钉上了十多口的铁钉。汉在翻查全港可疑人物和案例时，看到了当天军前来自首的记录。汉马上带队前往军的住所进行搜查，可是屋内空无一人，除了大量古旧童话书外，并无可疑之处。但这时候汉还不知道，一张被精密预设的大网张开了，而结局却更是匪夷所思，难以预料。
国际安全局的王尚恩（安志杰 饰）率万飞（周杰伦 饰）等部下远赴约旦，押送制造天花病毒变体的科学家肯纳，岂料王尚恩叛变将肯纳劫走，万飞头部受重伤，他同队中的心上人也在这次任务中身亡。三个月后，王尚恩等人研制的病毒造成一艘货船上的人们尽数死亡，而他此时准备贩卖疫苗谋取暴利；万飞在医院中被告知头部的子弹无法取出，神经受损导致他两周后会有生命危险，万母向其透露他有一个失散多年的哥哥。为了完成母亲心愿，万飞前往吉隆坡寻找哥哥万阳（谢霆锋 饰）。飞机上与万飞同行的简博士恰巧是王尚恩一伙准备用来替换肯纳的病毒专家，简博士被王尚恩派出的万阳劫持，万飞出手相救。因为分属不同阵营，兄弟只得拳脚相见……
相貌平平的中年人李良（任达华 饰）行走在熙熙攘攘的闹市街头，平凡无奇的外表无法引起任何人的注意，然而他的内心却深藏着鲜为人知的黑暗的秘密。李良来到警局自首，他坦承自己是一个连环杀人犯，只不过他杀人的理由和动机引人深思。对他来说，杀人并非残忍剥夺他人的生命和生存的权力，而是给他们以救赎。当年李良的老婆为血癌所折磨，极度痛苦之际选择自杀结束生命。这一事件令李良倍受打击，在此之后他有意关注网络上各种自杀新闻。既然自杀会令绝望的人落入永远无法解脱的无间地狱，那么为何自己不伸出援助之手帮他们一把？这样想着，李良开始行动。他接受各类受困之人的委托，带他们跨过生与死的界限。 他从没想过，如此极端乖张的做法会将自己和他人带向何方……
阿曹（杜汶泽 饰）是一名“赏金猎手”，即依靠不错的伸手拿悬赏生活的人。这次阿曹要拿到警方的四十万悬赏，就需要抓到抢劫犯李见辉（王子义饰）。按照情报，他来到了一座神秘的旅馆，消息称这是李见辉最后出现的地方。旅店老板（万梓良 饰）是一个古怪的人，平日疑神疑鬼，还张贴出一张悬赏要找回自己的女儿，赏金过亿，更古怪的是店中的服务员孙朗清（薛凯琪 饰）却多次声称自己就是孙老板的女儿，孙老板却矢口否认。不只有奇怪的老板店员，酒店的旅客也疑点重重，驼背龅牙的椰子佬（王子义 饰）整日行踪诡秘，更传说酒店常有人自杀……阿曹能成功拿到悬赏吗？旅店内秘密能否被揭开。
1997年，用功读书且孝敬寡母的阿霆（陈伟霆 饰）和早早便混社会的阿祥（曾国祥 饰）、阿栋（徐伟栋 饰）是自幼长大的好朋友。因做小生意的霆母被人欺负，阿祥等人叫来大哥耀文（谭耀文 饰）相助。文哥是黑道响当当的人物，当年曾一夜之间横扫油麻地，但却甘心经营一家小水果摊。见识了文哥的义气，阿霆决心拜入其门下，希望早日赚大钱孝敬父母。经过多年的打拼历练，阿霆逐渐成长为足以独当一面的少壮派人物。他代大老板王波（卢海鹏 饰）收账，由此与富家千金Michelle （诗雅 饰）相识相恋。风光无限的阿霆惹到同门前辈火爆明（林利 饰），不仅遭到残酷毒打，连恋情也出现转机。这一事件促使他的内心世界以及黑道格局发生天翻地覆的变化……©豆瓣
二十年前因奸杀少女依芸入狱，重犯王远阳（张家辉 饰）在狱中历经凌辱，变成性格怪异、人见人惧的哑巴杀手。刚刚出狱的他，又卷入了一场惨绝人寰的命案之中：中英混血指挥家徐翰林被发现抛尸海边荒野，容貌尽毁遍体鳞伤，而徐翰林正是少女依芸的父亲。外号怒汉的警探林正忠（任达华 饰）一心查出真相，出狱后一直跟踪徐翰林幼女徐雪（文咏珊 饰）的王远阳，自然成为最大的嫌疑人，一场全港大追捕全面展开，然而，真相才刚刚开始被揭开……