民国年间，全国最大的军火库发生一起离奇凶杀案，死者被一颗“鬼弹”击毙——案发现场没有找到弹头。一时之间，疑点重重，人心惶惶。这起案件被视为民国最离奇案件。案件由警局负责管理档案的政治警官宋东路（刘青云饰）负责调查。平民出身的宋东路既不会拳击，也不会射击，但他心思缜密，对于棘手案件有着独特的破案方法。一心为民除害的热血警探郭追（谢霆锋饰）无法容忍警局里的腐败氛围，与宋东路联手调查这起离奇凶杀案。
没有子弹，如何射击？如何让子弹穿透身体后消失？宋东路和郭追对枪支、子弹进行了各种研究，包括向猪体内发射盐弹、冰弹等，但都没有任何满意的结果。随着案件调查的深入，两位警探发现了恐怖阴森的凶杀室和诡异的炸弹制造装置。其诡异程度让经验丰富的宋东路目瞪口呆。就在“鬼弹杀人案”真相揭晓之际，宋东路和郭追相继遭到追捕。警察小吴（井柏然 饰）为掩护宋东路和郭追逃跑开枪……
