上海灘十里洋場租界林立的亂世背景下，包探范如一（阮經天飾）因接手老板交代的絕密任務卷入連環血案。軍閥之女宋小喬（楊子姍飾）遭綁架、少年小六街頭慘死等案件背后，竟暗藏租界高層與軍閥勾結研制毒氣武器的陰謀。范如一為追查真相接連遭遇黑道、捕房和神秘殺手三面圍堵，更意外發現所有命案現場都指向自己留下的線索。在保護報童小猴和盲女慧蘭（周冬雨飾）的過程中，他逐步揭開化學武器實驗與貴族學校學生失蹤案的關聯。隨著調查深入，真相浮出水面——慧蘭實為被綁架學生之一，而范如一所效忠的機構正是毒氣陰謀幕后黑手。最終范如一引爆實驗室與追兵同歸于盡，用生命阻止了毒氣泄露，而盲女慧蘭在爆炸中幸存，目睹警探將范如一遺體裝入棺材抬出廢墟。