该剧以代号803的中国刑警为原型，真实讲述了他们侦破的经典案例，生动塑造了一线刑警的笼统。剧中，在现代化飞速开展的时代，雷震霆、司徒敏、武天阔、李心畅等中青年干警侦破一宗宗罪案，打击立功，破获经济诈骗，千里缉凶，网上追逃，经过和罪犯的斗智斗勇，仗势欺人维护了百姓安宁， 捍卫了法律尊严
中国刑警803总部接到红色紧急警报，身背命案的方正携带大量新型毒品流窜到上海准备交易，为此警方布下天罗地网，欲将方正和隐藏他背后的神秘毒枭李斌一举抓捕。警方只掌握毒枭李斌一张背影照片，要想抓捕他谈何容易。在一家酒吧里，李斌正在和买家交易时，凶残多疑的毒贩察觉异样，绑架酒吧服务生为人质企图脱身，却被警员围困插翅难逃，就在李斌走投无路时，一个神秘人绑架了一名酒吧女服务员，想借此解围，在千钧一发之际，一支枪抵住神秘人，此人正是中国刑警803总队长陈雷。趁着神秘人走神的瞬间，被绑架的女服务员使出擒拿绝技一招擒获毒枭李斌，与此同时方正被抓捕，一场横跨多省的杀人贩毒要案旋即告破，所有案犯全部归案。就在大家准备收队时，陈雷接到110中心命案报警，一个富商惨死在星级酒店客房里。一只西餐钢叉刺在死者左胸，警察调查得知被害人叫王世扬，是经营贸易公司的富商，法医经过缜密取证，断定死者所躺着的位置正是被杀第一现场，因脑后部被钝器多次撞击而死。陈雷一眼认出死者当晚到过抓捕毒贩的酒吧，法医鉴定指出王世扬在死前曾经饮食迷幻药。酒店的监控视频恰在案发时间开始维修，难道这是巧合吗？是谁在王世扬的酒里下了迷幻药？陪王世扬回到客房的那个女人是谁？警方锁定了酒吧里的调酒师。
根据现场的线索，陈雷和同事们推断酒吧调酒师在王世扬饮食迷幻剂这一环节有重大嫌疑，而陪同王世扬进客房的那女人肯定知道内幕。陈雷将警力分成两组分别调查调酒师和抓捕神秘女人。警方得知酒吧调酒师孙刚在王世扬被杀当晚因为身体不适请假就医，而那位女人不知去向。为了调查王世扬与那个神女人的关系，陈雷带领一组干警找到王世扬的太太乔娜，但乔娜对那个女人并不知情。陈雷在重新调查案发酒店时发现当时值班经理王大伟有些疑点，据王大伟讲案犯时自己正在洗手间，但他提供了孙刚和一个女人到过酒店的线索。就在侦破工作受阻时，警方发现了孙刚有出走外市的行动，将他抓捕，当场查获作案工具。孙刚百般抵赖，坚决不承认自己是杀死王世扬的凶手，却露出破绽被周洋发现。陈雷在仔细查看了孙刚作案工具时发现孙刚是不是真凶尚缺乏完整的证据链。孙刚自以为能瞒天过海，却被周洋揭了老底，原来孙刚原名叫孙刚，是外省麻醉抢劫要犯，才来上海三个月就在五个区犯下十几起案子，同案犯就是那个陪王世扬回客房的神秘女人，她叫莎莉，随即陈雷指示干警抓捕莎莉。
警方通过各方面的信息分析王世扬的太太乔娜具有更大的怀疑，乔娜买通孙刚在自己丈夫王世扬的酒里下了迷幻药，因为夫妻情仇还是因为情人？难道是因为利益之争？陈雷他们破获了孙刚莎莉麻醉抢劫案，但杀害王世扬的真凶仍没找到，在案发现场发现的一颗钻石引起警方对乔娜极大的怀疑，侦查员发现就在王世扬被杀后，乔娜从合股公司转出一笔钱，取款者形迹可疑。跟踪乔娜的侦查员发现了乔娜和一个陌生男子约会。警方怀疑蒋波是真凶，随即开始展开对乔娜和蒋波彻底调查。
乔娜告诉情人蒋波王世扬藏有三百万巨款，两人合谋盗取王世扬的保险箱钥匙，蒋波盗取到钥匙后才知道乔娜根本不是为了三百万，而是为了藏在国外的保险箱里一笔巨额保险。蒋波想借机多捞好处竟然暗示王世扬是自己所杀，要挟乔娜把她给王世扬买的那笔保险全部给自己。酒店经理程亚军向周洋队长证实了王世扬被杀前后见过蒋波，而侦查员获得蒋波预定了两张飞往加拿大的机票。蒋波向乔娜提出要现金而放弃保险金，乔娜答应他的要求就低价甩卖了王世扬公司的库存原材料。蒋波贪得无厌惹起乔娜杀心，乔娜趁着和蒋波交换保险柜钥匙的机会准备除掉他，而老奸巨猾的蒋波却使出金蝉脱壳计想引警方抓捕乔娜，从而达到既报复了乔娜又骗取巨资脱身的目的。陈雷得到侦查员报告乔娜和蒋波突然失踪，百般查找发现乔娜和蒋波手机信号出现在一家大酒店，就在机场附近。原来乔娜和蒋波预约在这家酒店见面，乔娜开房正在等待蒋波的到来，却等来警察。蒋波想逃走时，被警方抓获。乔娜和蒋波交待了合谋骗取王世扬意外死亡保险金的犯罪经过，原来在乔娜买通孙刚在王世扬杯里下了过量迷惑药后，蒋波趁机来到客房盗取了王世扬的保险柜钥匙，钥匙就藏在王世扬脖子上的项链里。乔娜以为蒋波杀了王世扬，但技侦科分析报告指出，留在死者脸上的手指印迹与蒋波的不相符，一时案件工作陷于迷茫中。
虽然破获了一起骗取巨额保险金案件，但王世扬被杀案仍没侦破，蒋波交待在盗取钥匙时，王世扬并没有死，周洋从他的供述中获得案发时遇到了程亚军，陈雷联想当时酒店监控设备正巧维修，于是判断酒店内部有人脱不了干系。网络侦查员吴克提供了王世扬在生前和很多女人有染，其中关系频繁者竟达二十多人，陈雷指示就从与王世扬有关系的女人名单着手调查。乔娜提供一条重要线索，一个叫王晓清的空姐曾经扬言要杀王世扬，技术鉴定科在对现场找到的一个长头发，进过比对化验，排除是莎莉和乔娜的头发，现场还有另外一个女人，是王晓清吗？警方根据乔娜提供的线索兵分几路调查王晓清，从档案资料发现她和新辉酒店大堂经理王大伟是亲兄妹，而案发时王大伟正是值班。另一组干警找到王晓清的公寓住所发现早已经人去楼空，在屋子里竟然发现催账单和一张王世扬照片，照片被打了红叉，显然是对王世扬恨之入骨宣泄愤懑的情绪。而王晓清公司负责人告诉干警王晓清已经有多日不来上班了。难道王晓清在作案后逃之夭夭了吗？警方再次来到新辉酒店调查王大伟，而王大伟察觉警察前来酒店，借故逃跑。原来王晓清和王大伟确实是亲兄妹，王世扬不但骗取了她的钱财而且骗取了她的情感和身子，王晓清一直怀恨在心伺机报复。警方在王大伟宿舍里找到了作案工具一把锤子和毛巾，经过技术分析得出结论，锤子上有汽车玻璃碎片，显然这把锤子是用来砸碎汽车玻璃盗取车内钱财所用，这与新辉酒店多次发生的汽车丢失财物案件有直接关系。警方抓捕了潜逃中的王大伟和王晓清，原来王晓清因为被王世扬骗光了钱财只得借高利贷度日，而近日催债越来越紧，只好到处躲避，王大伟为了给妹妹还高利贷竟然打起盗取酒店客人车里财物的主意。案件侦破至此，再次失去了追查王世扬被杀的线索。
陈雷他们从王大伟口供里得知案发时间有个经常往来酒店的女人出现，这个叫黎曼莎的女人非常可疑，因为正是色狼王世扬害得她家破人亡！陈雷一眼认出黎曼莎照片，正是她案发当晚尾随王世扬出了酒吧。黎曼莎的妹妹被王世扬强奸而死，她的母亲悲伤离世，黎曼莎寻机报复。她的男友肖伟劝她先出去避避风头，因为王世扬一死，警察会很快找来。果然很快警察找到黎曼莎调查，而黎曼莎坚定认为王世扬死有余辜，但不承认案发时在场。与此同时，警方找到肖伟调查黎曼莎行踪，并在肖伟的宿舍找到了一双带有血迹的鞋子。陈雷认为是时候抓捕他们，但在审讯时候令警方大吃一惊，肖伟承认王世扬是自己杀害，与黎曼莎无关，黎曼莎承认自己杀了老色鬼，与肖伟毫无关系。更加惊奇的是他们各自供述的作案过程和警方推测竟然一致，纵使作为破案高手的周洋队长都认为他们俩是真凶，但陈雷认为证据环上仍存在疑点，还原作案现场仍有不符合之处。
陈雷指示干警分组突审孙刚、蒋波和王大伟，他自己再次来到新辉酒店，竟然发现有人盯梢自己。程亚军与酒店员工赵彤的超乎寻常恋情，引起陈雷的注意，警方调查得知程亚军是赵彤的姐夫，而赵彤的姐姐程亚军的妻子遭到王世扬的强奸后自杀，技术鉴定报告中的王世扬脸上留有的手印，正和程亚军相符。程亚军准备当天出国学习。
原来乔娜和蒋波想盗取王世扬的保险柜钥匙，乔娜在酒吧买通了孙刚在王世扬酒里下了大量迷幻药，莎莉扶着王世扬回到新辉酒店客房过程中蒋波、孙刚，王晓清和黎曼莎分别跟踪而来。莎莉以冲凉借口躲到洗浴间等待王世扬药力发作以便抢劫他的财务，而尾随来到客房的蒋波乘机盗走了王世扬脖子上的钥匙，蒋波逃离作案现场后，黎曼莎进屋时被王世扬误当成莎莉，黎曼莎被他纠缠无法脱身情急之下用餐叉刺中王世扬的左胸口，而黎曼莎的男友肖伟从赵彤那里得知女友去了王世扬房间就寻找而来，见到被刺伤的王世扬仍与黎曼莎厮打，就推倒了他，致使王世扬昏迷，然后离开了现场，莎莉从洗浴间回到房间时发现王世扬倒在血泊中，就和赶来的同伙孙刚抢走了他的钱财仓皇而去，这一切都被躲在暗处的程亚军看到，当他发现处于重伤的王世扬时，先是折磨王世扬，然后用毛巾裹住他的头撞击客厅的桌角，多次的撞击致使王世扬后脑严重受损出血而亡。程亚军以为给自己含冤死去的妻子报了仇，令他没有想到的是这悲剧最终策划者竟然是深爱自己的小姨子赵彤！ 一具女尸悬吊在新源大厦楼顶天台，报案人是该栋大厦维修工人丁大华，他是唯一的目击证人，信息侦查科迅速确认死者是全国当红模特韩文婷。陈雷赶到现场时在大厦外遇到一个飞扬跋扈的中年男子，此人正是赫赫有名的文化公司老板魏宏博，韩文婷正是他旗下签约艺员。魏宏博因为和韩文婷绯闻照在网上曝光受到众多媒体记者围堵。报案人丁大华向陈雷讲述了发现女尸的经过，他提到每周2次上天台检查空调设备，按照规定自己和保安宋威一起上来，今天宋威有事没来。陈雷一眼看出丁大华是释放人员，丁大华吸烟习惯和天台上留下的烟头一样。现场勘查得知，韩文婷在死前发生过男女关系，天台不是犯罪第一现场。周洋带领第一行动组跟踪魏宏博，发现他去银行提取了大量现金然后匆匆远去。
与此同时侦查员找到韩文婷住处，一瓶红酒引起警方注意。周洋紧跟魏宏博行踪，却发现他拎着现金袋子径直来到韩文婷的住处，作为最大嫌疑人的魏宏博如此行为是不是在上演瞒天过海的把戏？周洋发现魏宏博疑点很多，目前勘查出的所有证据都指向他。韩文婷住所不是案发第一现场，侦查员发现绯闻照片是通过死者微博上传的，而且在韩文婷电脑里存有大量此类照片，一时警方对作案动机做出了多种分析。
丁大华的个人资料被调取出来，他因为强奸未遂入狱七年，而不是所谓的盗窃犯罪，从案发大楼取回了的监控录像都是黑屏，显然被人动了手脚，陈雷和周洋兵分两路，陈雷和吴克去调查监控被黑屏的原因，周洋行动组来到魏宏博公司做进一步调查，魏宏博佯装镇静却露出破绽，警方请他回警局协助调查。侦查员查出监控中心设备上被人安装了无线收发器，而此时陈雷却得知一个意外情况，丁大华就在报案后突然辞工而去，为此陈雷指示封查各个客运站找到丁大华。丁大华被警方从车站带回警局审问，原来宋威贩毒被丁大华发现，宋威威胁丁大华离开上海不然就杀掉他，丁大华不得不匆忙辞工而去。韩文婷的闺蜜李楠不知去向，而魏宏博自从到了警局闭口不说一句与案情有关的内容，陈雷和周洋都觉得破案难度比预计的还要艰难。魏宏博和丁大华都被排除真凶嫌疑，那么真凶到底是谁呢？
