1991年，香港黑帮三合会会员刘健明（刘德华）听从老大韩琛（曾志伟）的吩咐，加入警察部队成为黑帮卧底，韩琛许诺刘健明会帮其在七年后晋升为见习督察。1992年，警察训练学校优秀学员陈永仁（梁朝伟）被上级要求深入到三合会做卧底，终极目标是成为韩琛身边的红人。2002年，两人都不负重望，也都身背重压，刘健明渐想成为一个真正的好人，陈永仁则盼着尽快回归警察身份。
重案组从陈永仁手中获悉一批毒品交易情报，锁紧目标人物韩琛，没料情报被刘健明泄出，双方行动均告失败。但此事将双方均有卧底的事实暴露，引发双方高层清除内鬼的决心。命运迥异又相似的刘健明和陈永仁开始在无间道的旅程中接受严峻考验。

在美国与墨西哥的边界有一块灰色地带，那里是毒贩和杀手们的天堂，他们在此交易火并，完全视法律为无物。凯特（艾米莉·布朗特 饰）是联邦调查局的探员，带着惩奸除恶的正义理想与坚定信念，她来到此地加入联邦政府特种部队，成为了马特（乔什·布洛林 饰）的部下。亚历桑德罗（本尼西奥·德尔·托罗 饰）是曾经卧底在毒枭身边的前任特工，马特找到了他，希望经验丰富的他能够成为行动小组的战略顾问，然而亲历过地狱的亚历桑德罗完全不按常理出牌，他的所作所为时常刺激着凯特脆弱而又敏感的神经。随着调查的深入，死亡的气息笼罩着行动组内的每一个人，一次又一次与死神擦肩而过，凯特的信念开始发生动摇。