民国时期，国内最大的兵工厂发生离奇命案，死者被“幽灵子弹”所杀——犯罪现场找不到弹头。一时之间，疑云密布，人心惶惶，此案堪称民国第一奇案。此案交由警局内负责管理档案的政务警察松东路调查（刘青云 饰），担任文职的松东路既不会拳脚功夫也不懂如何开枪，却思想缜密，对破疑难杂 案有独特方法。一心为民除害的热血警探郭追（谢霆锋 饰）不容于警局贪污腐败氛围，联手松东路调查此离奇命案。 如何开枪不用子弹？如何让子弹在穿入肉体的时候消失？松东路和郭追在枪和子弹上做了各种各样的研究，包括向猪身体发射盐子弹、冰子弹等等，却没有任何满意的结果。随着案情调查深入，两位警探抽丝剥茧地发现恐怖阴森的杀人密室和离奇的造弹装置，其诡异程度让经验丰富的松东路也瞠目结舌。就在“幽灵子弹杀人”真相揭开之际，松东路、郭追却接二连三遭人追杀，警察小五（井柏然 饰）在开枪掩护松东路、郭追逃亡之时惨死。结案期限迫在眉睫，算命姑娘小云雀（杨幂 饰）不经意间透露出“幽灵子弹”惊天秘密……

银行相继倒闭，大批失业游民流落街头。一连串离奇自杀案件仿佛指引着松东路去探究隐藏在其背后更大的黑幕。十年前被掩埋的屠村案件被揭开、疑犯通过文字游戏传递着口令，接踵而至的案件掀起了巨大的恐慌，城中风云攒动，人人自危，富商、警察、教授、学生……每个人的言行举止都充满疑点，而每个人都在猜测下一个离奇自杀的会不会是自己？究竟是谁密谋了这一切，让这个原本美好的地方变成了绝望之城？寻找真相迫在眉睫……