身陷囹圄的李问（郭富城 饰）被引渡回港，他原本隶属于一个的跨国假钞制贩组织。该组织曾犯下过多宗恶性案件，而首脑“画家”不仅始终逍遥法外，连真面目都没人知道。为了逼迫李问吐露“画家”真实身份，警方不惜用足以判死刑的假罪证使其就范。就在此时，富有的遗孀阮文（张静初 饰）申请保释李问，而警方提出的条件依然是“画家”的真面目。
原来早在十数年前，李问和阮文是一对画家情侣，无奈女友的作品受人青睐，李问的画作却被贬得一文不值。就在此困顿期间，他制作假画的才能被“画家”（周润发 饰）发掘，进而成为对方美元假币团伙中的一员……

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？

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……

2009年，十六岁的湖南女孩王佳梅（春夏 饰）追随改嫁的妈妈和姐姐的脚步来到了香港，全新而陌生的环境，她感觉到格格不入，与家人的关系也逐渐紧张起来。志愿成为模特的佳梅以助理身份入行，尝尽了圈内的苦辣酸甜，最终为了赚更多的钱而出卖肉体。直到某天，她认识了拥有悲惨童年经历的肥仔丁子聪（白只 饰），两人的命运同时朝着悲剧的方向转变。繁忙的警署内，肥仔前来自首，负责此案的臧SIR（郭富城 饰）针对相关人士展开调查，在此过程中，佳梅和丁子聪个人的故事交替展开。有如两条悲伤的河流，最终汇成混杂着血污与泪的黄泉之水……
本片根据真实案件改编。