19世纪末，人们对科学文明还不是认识得太过清楚，于是，安吉尔（休•杰克曼Hugh Jackman饰）和伯登（克里斯蒂安•贝尔Christian Bale饰）的魔术，成为了伦敦城内的神奇人物。安吉尔出身贵族，魔术手段华丽丰富，是富人圈子里的表演常客。而伯登即使出身平平，争强好胜的心智和充满创造力的魔术技巧，却也令他有了名气。两人自小本是要好的伙伴，然而，现在魔术界二人各有领地，并且都有野心想成为音乐大厅里的顶级魔术师，一番明争暗斗如箭在弦上。伯登掌握了精彩的分身术，叫座又叫好。而安吉尔见情势不妙，搬来科学家助阵——他发明的交流电有无穷魔力，保证让观众目瞪口呆。二人出招接招，一来一往，争斗在剧烈升级，友谊和道德都被抛诸脑后，一场血案在悄悄酝酿。

道姆·柯布（莱昂纳多·迪卡普里奥 Leonardo DiCaprio 饰）与同事阿瑟（约瑟夫·戈登-莱维特 Joseph Gordon-Levitt 饰）和纳什（卢卡斯·哈斯 Lukas Haas 饰）在一次针对日本能源大亨齐藤（渡边谦 饰）的盗梦行动中失败，反被齐藤利用。齐藤威逼利诱因遭通缉而流亡海外的柯布帮他拆分他竞争对手的公司，采取极端措施在其唯一继承人罗伯特·费希尔（希里安·墨菲 Cillian Murphy 饰）的深层潜意识中种下放弃家族公司、自立门户的想法。为了重返美国，柯布偷偷求助于岳父迈尔斯（迈克尔·凯恩 Michael Caine 饰），吸收了年轻的梦境设计师艾里阿德妮（艾伦·佩吉 Ellen Page 饰）、梦境演员艾姆斯（汤姆·哈迪 Tom Hardy 饰）和药剂师约瑟夫（迪利普·劳 Dileep Rao 饰）加入行动。在一层层递进的梦境中，柯布不仅要对付费希尔潜意识的本能反抗，还必须直面已逝妻子梅尔（玛丽昂·歌迪亚 Marion Cotillard 饰）的处处破坏，实际情况远比预想危险得多……

凶残成性的“竖锯”（托宾•贝尔 饰）带着更新更诡异的杀人游戏回来了。
又一位带着“竖锯”标签式的死亡特征的受害人被警方发现，这令探员艾里克•马休斯(当尼•沃伯格 饰)重新回到之前的惊悚噩梦之中。但出人意料的是杀人者留下了十分明显的线索，警方的调查取证工作十分顺利。
其实，所有这一切都在“竖锯”(托宾•贝尔 饰)的掌控之中，留下线索并令自己被捕正是他进行下一个邪恶游戏中的重要前提：即将有8位相互陌生的人被迫加入游戏，而更疯狂的是，除此之外的另一位游戏者已经被锁定为马休斯。
在“竖锯”的策划下，又一场充满惊险的生死游戏就要开始了……

一觉醒来的亚当（雷•沃纳尔 Leigh Whannell饰）发现自己被困在一个废弃的厕所里。他的对面是同样命运的劳伦斯（加利•艾尔维斯 Cary Elwes 饰）——他们被人用铁链绑住了腿，并吃惊发现二人中间横亘着一个恐怖的死人。死人鲜血淋漓，左手拿录放机右手拿枪。
亚 当兜里被人放进来一盘磁带，他赶紧放到录放机里。磁带里说，劳伦斯必须在今晚6点前杀死亚当，否则二人将同归于尽，劳伦斯的家人也不能幸免。而面前死人流出来的血，剧毒无比。
一个血腥的死亡游戏开始了。在剩下不多的时间里，他们必须找到线索，逃出地狱。在最后关头，当他们以为重见天日的时候，新一轮的噩梦才刚刚开始。