故事发生于2002年。在广东一个城市的雨夜里，发生一起强奸杀人案。14岁的花季少女独自在家，两兄弟顺着空调外机爬进室内偷窃，在惊醒少女后将其强奸杀害。屡破大案的市刑侦支队三大队负责这一起命案的侦查，队长程兵（张译饰）立下军令状，五天侦破此案。经过不眠不休的调查，案件有了突破口。犯罪嫌疑人之一的王大勇被捕，他将命案的主责推给弟弟王二勇，却对王二勇的去向保持缄默。审讯王大勇期间，三大队接到来自医院的消息，师傅张青良（杨新鸣饰）病逝——前一天师傅正是因为追捕王二勇才引发脑溢血；与此同时，王大勇对程兵手机外壳的女儿头像贴纸露出淫笑：这彻底激怒三大队，他们对王大勇上了一些“手段”，王大勇意外死亡。三大队的命运急转直下，他们因刑讯逼供致人死亡被控故意伤害罪，警服变成囚服，程兵被判8年有期徒刑（后减刑两年），其他队员刑期不等。出狱后，程兵决定继续追凶。昔日的兄弟们也没有真正放下，他们决定与程兵一起去完成未竟的任务。