一晃眼,徐天(张嘉译饰)在美国已经呆了十年了。在这十年里,徐天的人生发生了翻天覆地的变化,从一个意气风发的留学生,沦为了遭遇了中年危机的普通人。最终,失去了一切的徐天灰头土脸的回了国,哪知道在机场因为心脏斌发作而晕倒在地,为了保住性命,徐天进行了心脏替换手术。 手术的成功令徐天捡回了一条命,之后,他定居母亲所经营的婚姻介绍所,在那里,徐天结识了名为梁晓慧(李小冉饰)的女孩。梁晓慧和徐天之间产生了奇妙的化学反应,梁晓慧的前夫在一场意外中不幸丧生,而她一直有一种奇怪的感觉,感到在徐天的身上有着自己亡夫的影子。。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,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,算命姑娘小云雀不经意间透露出“幽灵子弹”惊天秘密……。