出租车司机李米（周迅 饰）嘴里一直叨叨着神秘的数字，坐她车的乘客都得回答她一个问题：见过这个男人吗？李米的男友方文已经失踪四年，然而在这四年里又一直不停地给她写信告知近况，找不到恋人的李米把他的照片贴在杂志里让人辨认，每天生活在极大的折磨下。
这天她载了一对从云南来昆明等待交易的毒贩子裘水天（王宝强 饰）和裘火贵，这对毒贩在交易时发现“接头人”莫名其妙坠桥而亡，慌张失措时又遇见回头找钱给他们的李米，仓皇上车的裘火贵企图从李米这里抢回损失的金钱回老家。李米利用时机报警，但随后裘水天拜托李米寻找自己的初恋小香而放走了她。
这边坠桥的“接头人”撞上了马冰（邓超 饰）和菲菲（王柠 饰）的车头身亡，马冰和菲菲不由自主地牵扯到这宗命案里。正好被逮捕裘家兄弟的警察叶倾城（张涵予 饰）和李米发现了方文的踪迹——马冰和方文长得一模一样！只是马冰对于李米的相认十分淡漠，李米等了四年的，竟是这样一个结局吗？叶倾城亦开始怀疑马冰的真实身份。

上海苏州河上，用摩托车替人送货的马达接下送接纯真少女牡丹的活，两人相处时，牡丹爱上马达，但就在她决定把终身托付给对方时，马达财迷心窍联合黑道朋友绑架了她，令牡丹心灰意冷跳进苏州河里。临跳前，牡丹丢下会变成美人鱼再寻马达的话。 五年后，为自己行为懊悔不迭的马达疑惑牡丹又回来了，开始四处找寻。当在某酒吧里看到扮美人鱼表演的美美时，马达认定她就是牡丹，然而美美不过是另一个痴情女子而已。