陈国荣（成龙 饰）的所在那一组警察是警队精英，破案无数。阿祖（吴彦祖 饰）是总警师的儿子，却勾结了几个高官子弟( 蒋怡丶尹子维丶安志杰丶叶山豪)挑战警方。他们到银行抢劫，警钟敲响警察赶到时，就把阿荣及队员带进了一个早已设计好的空旷仓库里。警员都陷进了匪徒早已设计好的游戏程序里，残忍的被杀害，连阿荣女朋友可颐 （杨采妮 饰）的弟弟也被无法幸免。阿荣就此被停职，出于内疚也跟可颐分手了。 终日喝得烂醉的阿荣在酒吧遇到了阿锋（谢霆锋 饰），阿锋为了使阿荣振作起来，决定假扮警察告诉阿荣自己是上司派来要求得到阿荣协助翻案的新警员。 阿荣又遇到那群狠狠打击他的罪犯，与他们斗志斗勇，在警花莎莎（蔡卓妍 饰）的协助下知道匪徒当年的事件被编成了一部游戏，同时也知道了当年为何情报被泄漏的原因。

冲锋车案件主谋李家俊（彭于晏 饰）设计逃脱警方控制，与幕后黑手汇合，联手策划更大阴谋。而现警务处长刘杰辉（郭富城 饰），前警务副处长李文彬（梁家辉 饰），和资深大律师简奥伟（周润发 饰）被卷入其中，香港将面临更加大的危机……

作为亚洲金融中心的香港被称作“最安全的城市”，岂料警局接到一通匿名电话，对方声称劫持了警队的一辆前线冲锋车以及车内的五名警员和武器装备。此次事件引起了香港警队高层的高度重视，适逢处长（王敏德 饰）出访国外，此时由鹰派人物行动副处长李文彬（梁家辉 饰）与年轻的管理副处长刘杰辉（郭富城 饰）一起负责这次案件，并将行动命名为“寒战”，李文彬任总指挥。李文彬的儿子（彭于晏 饰）也是人质之一，刘杰辉因此对李文彬父子产生怀疑。与此同时，匪徒展开了进一步行动：警察被杀、爆炸案频发……到底是谁在将整个警队玩弄于鼓掌之中？香港真的是“最安全的城市”吗？