民国时期，中国最大的兵工厂发生了一起离奇的杀人案。死者是被“幽灵子弹”打死的。在犯罪现场找不到子弹。一时间，疑云密布，人心惶惶。此案堪称民国第一奇案。此案由老鲍(刘青云饰演)负责调查，他是一名政府警察，负责警察局的档案管理。老鲍，一个平民，既不会开枪，但心思缜密，对疑难复杂的案件有独特的解决方法。一心为民除害的热血侦探郭追(谢霆锋饰演)无法容忍警局腐败，与老包联手调查这起离奇命案。没有子弹怎么开枪？如何让子弹穿入身体后消失？包和郭追对枪和子弹做过各种研究，包括对猪发射盐弹和冰弹，但都没有满意的结果。随着案件调查的深入，两位警探以剥茧的方式发现了阴森恐怖的杀人密室和诡异的制弹装置，诡异程度让经验丰富的老包目瞪口呆。就在“鬼子弹杀人”真相大白的时候，老包和郭追相继被追杀，警察小吴(景伯然饰演)在开枪掩护老包和郭追逃跑时惨死。结案期限迫在眉睫，算命先生云雀(杨幂饰演)不经意间透露了“鬼子弹”令人震惊的秘密。他们不知道这个“惊天秘密”是陷阱还是破案线索，但他们誓要用生命去抗争！最后，案件水落石出，但郭追和老包发现，各自的命运都被无情地戏弄了，他们面临着只能活一个的选择.