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讲述一次审讯意外，三大队刑警程兵（秦昊 饰）入狱服刑，队友受牵连脱警、降职，曾经的三大队分崩离析。十年牢狱，程兵重获自由，信仰崩塌，热血化为沉默，他失去一切，而案件的犯罪嫌疑人王大勇依旧在逃…… 穿一天警服，终身是正义。三大队需要交代，不甘化作执着，利刃再次出鞘，程兵和三大队的兄弟重新集结踏上追凶之路，在孤独和漫长的旅途中配合警方千里追凶，也在这苦行僧一样的历程中重新找到人生的坐标和生命的意义。
程兵和三大队的队员蹲点苦熬，终于在惊心动魄地围捕之后抓住了毒贩。晚上，几人在警队食堂庆祝，却意外收到来自省公安厅的协查通告。餐厅里瞬间没有了吃饭的气氛，大家七嘴八舌地研究着协查通告：本地宁州古塘镇人王大勇、王二勇在杭州入室抢劫枪杀一人……众人讨论着二王的未必会逃回老家，二王已经逃到宁州，入住家和招待所。然而，王二勇好色招来仙人跳，王大勇举枪震慑，二勇因挨了揍吃了亏，抢过枪就要打死对方。枪响，引起骚动，王大勇不得不拽走二勇。与此同时，三大队收到翠林派出所的消息，该辖区发生枪案。案发突然，原本被老婆催着回家签离婚协议的程兵有了喘息的机会，他立刻投入案件。经过对案发现场的多方调查取证，程兵几乎确定了开枪和开着白色面包车逃走的二人是王大勇和王二勇。次日，程兵和石头去往古塘镇二王家蹲点了解情况。王家只有年迈的王母和王二勇五岁的女儿王苗苗。程兵装作王家兄弟的朋友旁敲侧击，王母对二王的所作所为并不知情。王苗苗以为程兵是爸爸的朋友，将自己生日做的塑料手链交给他转交自己的爸爸。
二王逃走时开的面包车被遗弃在白塔路，程兵和潘大海接到消息前往现场，两人对王大勇和二勇的逃跑路线发生分歧，双方各自展开调查。从旅馆逃走的王氏兄弟，弃车之后躲到了六子家。王大勇让六子拿着偷来的金项链去换钱，却遇到老板黑吃黑。老板把项链融成金块出手，很快被警察锁定。程兵通过询问，从老板口中锁定了六子。程兵带着三大队抓住了六子，王氏兄弟却无影无踪。六子咬牙不认，可经不住程兵的盘问，六子说出了所有真相。六子带着程兵去往王大勇、二勇新的藏匿点平安小区。王大勇狡诈，程兵等人赶到时，屋内已经没有了人。众人扑了个空，程兵简单询问了一下邻居女孩，一无所获。而此时潘大海方传来消息，发现王氏兄弟的踪迹。程兵留下小徐和石头继续勘查，他带着其他人前去抓人。一番周折，却发现那两人并非王氏兄弟。折腾一宿，歪打误撞抓了俩流窜犯，几人疲倦的吃着早餐，潘大海也来了，坐到程兵旁边。潘大海说着要按自己的思路查案，程兵却觉得是什么地方出了问题。此时，潘大海手机响，接到消息：平安小区死了一个女孩。
王大勇在程兵冲进屋内前，躲到了隔壁阳台。三大队在屋内遍寻无果，殊不知凶犯就在眼前。一路狂奔，程兵赶到案发现场。受害者的父亲痛苦蜷缩，留下来的小徐和石头木然，王大勇出租屋隔壁的女孩倒在血泊之中。怒火和自责在程兵心中涌动，警局气氛沉重，张局当即决定发布通缉令，全城抓捕王氏兄弟。多方排查，程兵在烂尾楼发现了二王踪迹，并找到了王大勇留下的类似地形图的线条标记。程兵认定图形与王大勇下一步的出逃计划有关，终于他回忆起在平安小区王大勇出租屋的阳台看到的大树。平安小区外的路口与地形图重合。程兵的车飞驰而去。程兵赶到，王大勇已经截获了化工厂的车，杀了人，抢了钱。街头巷尾，一番激烈的追逐。王大勇让二勇带着钱款逃，他自己开车引开程兵。追逐中，程兵的车发生车祸，王大勇侥幸逃脱，而王二勇却被群众抓住，围殴。程兵等人在群众的棍棒下，带走了王二勇。审讯室内，王二勇态度嚣张无耻，程兵积攒的怒气最终爆发，一拳打到了王二勇的脸上。这一拳之后，王二勇昏厥，最终在审讯室没了呼吸。
七叔得知王二勇的死，在去往警局的途中突发脑梗晕死过去。王二勇的死无力回天，七叔又脑梗送进急救室，王大勇出逃至今无线索，程兵和三大队的兄弟们的内心面临巨大的挑战。督查局介入，张局迫于上级的压力，叫停了想要继续查案的三大队。面对督查的问询，三大队一直认为王二勇的死与审讯无关，因为王二勇在审讯前就遭到过群众见义勇为的殴打。但潘大海的证词，直接将王二勇的死与程兵关联。嫌疑犯死在审讯室，舆论哗然，一切都直指三大队。王二勇的死在医学上难以界定，但他确实死在了审讯室，死在了程兵那毋庸置疑的一拳之后。三大队除不在场的老马和程兵集体被问责，法院宣判程兵被判刑12年，而蔡彬、石头、廖建、小徐四人脱掉警服，成为普通人。
十年牢狱，磨掉了曾经一个警察的傲骨，归来的只有一个迷茫落寞的程兵。曾经的家成了一片废墟，曾经的故人难以相见，他似乎停留在十年前，他与这个世界格格不入。程兵孤独的游荡在这个陌生的城市，面对小偷在眼前作案冷眼旁观，他的灵魂麻木空洞。辗转各个旅馆，却没有一个地方愿意接受他劳改犯的身份。无处容身的程兵只得在网吧勉强休息，却丢了自己唯一的包。网吧老板见程兵没日没夜的守在门口，眼看又是年关，他于心不忍透露了拿走程兵包的年轻人的住址。程兵找到了洗车行，在那里拿回了丢失的包，而洗车行的老板正是当年曾收留王大勇的六子。六子经历牢狱，虽然洗心革面，但在社会上顶着劳改犯的身份还是难以立足。于是他自己筹钱开了洗车行，召集了几个从监狱出来找不着活的兄弟一起干，偷包的年轻人赵云就是他洗车行的学徒。六子感念程兵当年的规劝，收留了无处可去的程兵。程兵逐渐适应着出狱后的生活，但他心中始终惦念着十年没见的女儿。十年前为了不耽误女儿和妻子，他主动要求签字离婚。可是十年过去，他依然深深地思念着女儿童童。
警察来到学校询问情况，程兵杀人犯的身份引来众人的侧目。石头不忿，程兵不得不说明看女儿来意，学校为了求证紧急叫来了童童。此时，程兵忐忑不安，他不想让女儿见到如此不安的自己，又内心期盼能见到日思夜想的女儿童童。他慌乱紧张。放学高峰期，童童就在众人的围观下，见到了程兵，说出了让程兵心寒的一句“我不认识他”。程兵麻木的接受，被警察带走，只说自己记错了学校。可他不知道的是，童童为自己说谎，内心也备受煎熬。在派出所，程兵遇到了三大队的第一个队友老马。老马当年下放到派出所，一干就是十年。老马见到程兵十分惊喜，但程兵却显得不自己，还叮嘱老马不要告诉其他人自己回来了。程兵已经不是当年的警察，现在他只是洗车行里一洗车的。刘文芳因为学校的事找到程兵，诉说着这些年她与女儿的不易和委屈，求他不要再打扰。两人产生嘴角，赵明甫安抚着妻子离开。之后，他与程兵长谈，告诉了他童童的成长和不易，终于也让程兵理解自己的突然出现对童童来说是一种伤害，而最好的弥补是不打扰。
廖建开的美食坊里，除了小徐三大队的人都到齐了。众人谈论着曾经的警察生活，谈论着现在的买卖和工作，张罗着要程兵一起开店，程兵拒绝。重聚的氛围有些不自然，每个人心里都装着事。程兵借着酒劲也说出了心中所想，三大队没了，也没有什么程队。但看着眼前的众人，似乎又回到了三大队。包厢里酒酣耳热，似乎一切都融洽起来，可是醉酒的赵阳却闯了进来，在程兵心里踩上一个窟窿。他大声质问程兵为什么还没有抓到王大勇。宁静打破，只得不堪的收场。正忙于无名尸骨案的潘大海得知程兵回来，也向林颖打听起了情况。当年他只是理性的说出了自己的所见，程序上他不认为自己有错，但人情上他对程兵心里是过意不去的。他懂程兵，甚至是比程兵自己还懂他。他明白程兵不是那么可以轻易放弃的人，所以他才不顾身份，问林颖是否程兵提起了王大勇。聚会之后，程兵洗车行的生活还在继续。因为两劳人员的身份，他们被邀请去听讲座，看似慰问实则是安抚让他们奥运期间不要闹事。
面对赵阳的质问，潘大海破例让程兵和赵阳走进了刑警队的案情分析室。十年的线索资料堆积如山，都是警察一年又一年的努力。程兵和赵阳都震惊了。赵阳看到了警察没放弃，而他却坚持不下去了。而程兵将他以为的线索告诉潘大海，也被证实是不成立的。失意的程兵和心如死灰的赵阳碰到了一起，赵阳带程兵去了赵小麦的墓地。一个失去女儿失去一切的父亲终于是熬不下去了，他痛哭跪地感激程兵，而程兵面对十年前的受害者也眼含热泪。几天后程兵收到了身份证，六子张罗着庆祝。压抑的情绪让程兵喝了不少，KTV的走廊上已经酒醉的程兵却听到了那首让他瞬间清醒的歌《少年壮志不言愁》。他闯进别人的包厢，在一声声歌声中，他找回了自己，重燃斗志，决心踏上追凶之路。程兵重新找回了目标，接下来的一切都在为追凶做准备。夏去冬来，程兵锻炼身体，收集当年的案情资料，去到王大勇老家。频繁的外出让六子有所察觉，他发现了程兵的秘密。面对六子的询问，程兵第一次说出了自己追凶的计划。在六子的掩护和帮助下，王大勇的逃亡行径越发清晰。
石头等人对程兵的离开又恼又急，但眼下也只能瞒着七叔和林颖。程兵去到了靠近察邦的西双版纳，经由狱中朋友阿明的帮忙，他住进了当地一间鱼龙混杂的旅馆。国内形式大好，近年去往察邦务工的人员减少，为了避免麻烦，曾经的人也对当初的事闭口不谈。多番打听，程兵也丝毫未有王大勇当年的消息。最后，程兵从一位小姐的口中得知了一位叫勇哥的蛇头。经由小姐牵线，程兵见到了勇哥。勇哥对王大勇的照片有反应，却闭口不谈，程兵想要去察邦却迫于没钱，只得暂时放弃。回到旅馆，却意外卷入藏毒案被当地警方带走。警方的审讯节奏被程兵拿捏，小警察气急败坏，却意外得知程兵曾经的警察身份。几番查证，程兵果然于毒品案无关。而要求离开的程兵，却被告知宁州警局有人来接，此人正是林颖。林颖劝告程兵不要私自追凶，可王大勇既然人可能在察邦，他就要去。警察在国外没有侦查办案的权利，只能通过国际协作跟当地警方合作。局里，省里，甚至得到部里，都不会批准出境手续。只有他程兵去最合适。林颖被说服。
西双版纳回来的程兵没有去廖哥美食坊，而是回到了洗车行，遇上了闹了矛盾等在洗车行门口的石头。石头忿忿的诉说着自己的不满，程兵明白不能因为自己执意追凶让兄弟们离心。程兵召集起所有人到了廖哥美食坊，饭桌上程兵让石头道歉，并十分理解兄弟们的难处，也不希望兄弟们参与到追凶当中，兄弟们解开误会，但石头还是坚持，程兵拗不过。众人聚集在七叔家楼下，再次合影留念。潘大海从林颖口中得知程兵要去察邦找人的想法，十分反对，可现实的情况他与程兵一样了解。这次他没有阻止。出入境管理中心潘大海无视石头的敌意，与程兵讲着自己作为警察的职责。若是程兵违法，他必定将他抓回来。程兵和石头则不断收集资料，分析在察邦的情况。他们发现刺青是察邦一个黑帮的标志，叫“兄弟联盟”，这个黑帮的活动地点主要在察邦的木姐，紧挨着瑞丽市。拿到护照，一切准备就绪，程兵最后一次去了女儿学校远远看上一眼。临走的一天，众人为程兵和石头的这次察邦之行出力出钱出佛串出保险合同。
程兵和石头落入梭温和勇哥等人的陷阱，险些遭遇不测。两人受了不小的伤，但好在求助当地警察脱险。程兵猜测此次勇哥发难，必定是因为王大勇，这也证实了他们的猜想，勇哥必定是认识王大勇。两人以遭到抢劫简单应付了警察，从医院包扎之后，为了安全他们去到了胖子所在酒店。不想赌徒夫妻俩却等在了门口。赌徒的儿子因为帮过程兵和石头被兄弟联盟的人抓走，威胁程兵带着他们的朋友去换人。程兵知道他们的朋友所指的是王大勇，但消失了十年的王大勇他们也在找。胖子为了避难提前回国，程兵和石头通过酒店的安保找到了梭温，威逼之下让他带着两人前往营救赌徒儿子。潜入兄弟联盟大本营，程兵和石头与勇哥等人展开殊死搏斗。即将脱险，勇哥接到电话故意放走几人。逃走路途中却遭遇车祸，被另一波人掳走。程兵等人在一个庄园见到了找他们的庞先生，庞先生坐在轮椅上，威严却丝毫不减。庞先生也在找王大勇，程兵只能说明来意。原来王大勇当年逃跑后确实去了察邦，在察邦他不仅抢走了庞先生价值千万的原石，还打伤了庞先生，落下了残疾。
察邦之行，程兵和石头带回了重要线索。廖建等人在美食坊为两人接风洗尘，石头兴奋地讲述着察邦的经历。一行人有说有笑，潘大海却意外的来了。潘大海不为别的，只是劝程兵不要再继续私自查案。程兵以自己没有违法，且自己有公民的调查权反驳潘大海，潘大海指责程兵乱掺合会扰乱办案，两人不欢而散。通过察邦得来的线索，程兵和石头继续分析王大勇可能会去的地方。蔡彬、廖建等人也被带动，加入了案情分析会，仿佛又回到了曾经三大队的日子。另一边，潘大海也没有停歇。通过警务系统，调动各方资源查找王大勇的踪迹。曾经三大队的队员们，聚在一起全身心的投入，各自分工为找寻王大勇出力。但一边是现实的家庭，一边是对追凶的执着，他们的内心，承受着巨大的煎熬。即使如此，他们扛住压力破解了当初王大勇在全城通缉戒严的情况逃出去的迷局。经程兵亲身验证王大勇很可能是通过地下通道，进入污水涵洞，爬出了宁州市。众人为这一结论，大受鼓舞。与此同时，程兵收到来自胖子的消息，被王大勇偷走的原石曾在揭城出现过。
胖子传来了五年前王大勇在揭城的消息，众人振奋。老马退休了，也张罗着要一起去。可廖建、蔡彬、小徐依旧态度不明，石头为此大为光火。程兵则不同意兄弟们跟着去，可拗不过石头。临走前，石头买齐了所有人的车票给大家发了消息，最终的决定权都交给了兄弟们。可兄弟们每个人都面临着自己的难处，去揭城就意味着，廖建的大排档要落在媳妇一人身上，蔡彬要留下年幼的女儿，小徐要放弃自己的事业，这不是一道好做的选择题。但去往揭城的火车上，大家都默契的出现了，这或许是他们一生中最后的孤注一掷了。谁都不想缺席，谁也都不想有遗憾。林颖向潘大海申请去揭城，潘大海以没有确凿线索阻止，但向揭城公安局发了协查通告。揭城是全国最大的翡翠加工销售中心。消息是揭城的一个合作老板告诉胖子的，但据说也绕了几道弯。程兵等人到揭城找到落脚点，马不停蹄的就开始了分工合作，走访调查。一队熟悉环境，一队去往老板的翡翠店打探消息。老板不记得王大勇，却记得那块稀罕原石。
石头为了三大队的生活经费，决心用房租赌石搏一搏，结果被张淑巧等人仙人跳骗走了所有的钱，还以寻衅滋事被抓进了派出所。程兵一边处理着石头的事，一边还要兼顾小徐和媳妇的矛盾，焦头烂额。派出所调解室，张淑巧耍泼不认，程兵拆穿她的伎俩，在警察的调解下同意以市场价赔偿切掉的原石。石头的事解决了，小徐的媳妇也安抚好了。但石头赌石输掉了房租，这让三大队的情况雪上加霜。为了节省开支，程兵打算让老马、廖建、蔡彬回去，石头内疚闹着要卖房子换钱，被程兵一顿教训。蔡彬最后出主意，开源节流，巨鼎一边查案，一边挣钱。于是，三大队和石头的朋友佳佳一起开上了夜市烧烤摊，生意红火。有了资金，老马、蔡彬、小徐有更多的时间四处走访打听，程兵则继续到原石厂打工，并从黄老板得知前原石联合会的负责人顾老二在08年时得了一块价值千万的原石消失了。程兵猜测顾老二得的原石很有可能是王二勇的那一块。为了查明事情真相，程兵决定从顾二曾经的情人张淑巧下手。正值几人商议之时，张淑巧和现原石联合会负责人来到他们的夜市摊。
张淑巧面对程兵和石头满是防备和警惕，闹着要报警。程兵以肥龙账本的事威胁，她才安生。程兵追问顾老二的事，并拿出了当年原石和王大勇的照片。张淑巧认出了原石，但关于王大勇她却闭口不谈，以此威胁程兵和石头让两人帮忙找藏身之所，三天之后她从黄炳坤手里拿到账本再告诉他们。肥龙四处寻找张淑巧和黄炳坤，程兵将她藏到佳佳家，石头、小徐守着。石头和佳佳的关系面临离别挑战，老马的身体每况愈下，背着队友买降压药，还是被蔡彬发现了。蔡彬劝老马回宁州，老马坚持留下。三天期满，张淑巧以东西为由要出门，石头小徐跟在后面，却还是让她跑掉了。费了一番周折才找到人，程兵等人接到消息也赶往现场，却目睹了警察做的局，将肥龙和张淑巧等人一网打尽。张淑巧被抓，王大勇的事无从查证。老马认为他们与张淑巧打过交道，应该主动向警察交代。潘大海方面接到消息，揭城发现一起几年前发生的命案，现场找到的弹头是从王大勇的那把枪里打出去的。潘大海和林颖赶往揭城，当地警官在现场发现了王大勇的身份证，初步猜测死者为王大勇。
西安枪击案，作案枪支正是王大勇当年犯案的枪。潘大海和林颖前往西安了解情况，接待的副支队长告知了案件原委。前晚上有个出租车司机接了个活，刚出城客人就拔枪要劫车，司机反抗夺枪，劫匪跑了，司机见是真枪就赶紧报案。技术那边把检测数据上传比对，发现跟你们当年那起案子是同一把枪。三人吃着羊肉泡沫刚了解完案情，赵副支队长就接到电话抓住嫌犯了。潘大海赶往警局辨认，那人却不是王大勇。犯罪嫌疑人名叫杨宏安，枪是他在东北洗浴中心偷的，一起偷走的还有一块原石，一支手机还有一张王大勇的假身份证。杨宏安从王大勇的手机里知道了他跟一个叫霞的女人联系密切，还从手机短信中知道了那块原石价值不菲，在04年就有人出高价收购。见财起意的杨宏安在时隔几年后再次联系原石的买主——顾二，想不到对方居然回应了。杨宏安前往揭城与顾二交易，顾二想黑吃黑独吞原石，却不想被杨宏安反杀。杀人的杨宏安处理了顾二的车和尸体，留下王大勇的身份证，即使尸体被发现，警察也不会怀疑他。与此同时，西安枪击案和揭城杀人案都是杨宏案一人所为。
潘大海知道劝不动程兵，回宁州前他悄悄给留下了身上所有的钱和西安枪击案的线索。东北的整个冬天，程兵都按时到澡堂子里来，跟各种人聊天攀谈，请大家吃饭喝酒，很快就融入了这个地方。附近的人都知道有个外地来的男人，性格豪爽大方，来这儿是为了找他之前的一个朋友，找不到他就不走。只是很快身上的经费又不够了，他只得在澡堂子里干起来搓澡工，连吃住的问题一并解决。但是依旧没有王大勇的消息，直到一个女人的出现。程兵找人的事在小镇传开，李红霞带着一个小女孩找到了他。李红霞说她和王大勇因为冰灾从湖南回到了东北，原本是要结婚的，但08年的春节前王大勇却从洗浴中心消失了。霞四处找人，原本要放弃，但发现自己怀孕她只身又去了揭城找人，但还是找不见王大勇。这次来也只是碰碰运气。程兵动容没有告诉女人王大勇杀人犯的身份，只是说他找到人会告诉她。程兵从李红霞口中得知了王大勇的一些习惯，并拿到了他一直在看的一本书《悲惨世界》。程兵感觉，他离王大勇越来越近了。
七叔死了，程兵一夜之间苍老了许多。程兵抱着从霞那里拿到王大勇的书《悲惨世界》，行尸走肉一般赶到了葬礼现场。看到七叔的遗像，他第一次动摇了，不知道追逐的意义是什么？如果眼前的人都守护不了，怎么去守护正义。葬礼上，程兵人生中重要的人都来了，看着曾跟他一起出生入死的兄弟三大队，看着已经长成大姑娘的女儿童童，每一个人身边都有陪伴，只有他独身一人。葬礼上很安静，童童对程兵依旧回避，只是看着苍老的程兵，终究是偷偷红了眼眶。三大队沉默地坐在一起，没人问起王大勇。反倒是潘大海把近一年查到了线索口述给了程兵，程兵却没有接话。潘大海知道七叔对程兵意味着什么，他尊重程兵所做的选择，因为在追讨王大勇的这条路上他是底线。程兵把东北的线索事无巨细地告诉了潘大海，程兵认为只有知道了王大勇的心里才能找到他，而其中的关键很可能就藏在《悲惨世界》这本书里。七叔头七，石头递给程兵一张纸条，上面是七叔用颤抖的手写下的几个字“好好生活”！在七叔的葬礼上，程兵没哭。
程兵把王苗苗当作最后的希望，去到了广西北海。程兵辗转传销卧点，找寻王苗苗的下落。这个女孩儿聪明，浑身带刺，他在传销卧底受尽了折磨，却也不妥协，让传销的人十分头疼。程兵冒险把王苗苗带走，举报了传销窝点，可王苗苗非但不感激，还恶语相向，她说自己就是有犯罪基因，她在传销组织待的很舒服。从传销出来之后，王苗苗辗转去往厦门，把自己装扮成熟，混入夜场。程兵不忍心这个和自己女儿般大小的孩子误入歧途，总是在她周围护着她。王苗苗不甚其烦，偷偷溜走，程兵到处找人。几天后，她接到派出所的电话。王苗苗来厦门其实是为了找骗他去北海的男朋友，见面她就用烟灰缸砸破了对方的头。这会儿前男友让她赔钱，她没办法联系了程兵。王苗苗被程兵带回了住处，王苗苗时而安静，时而歇斯底里，情绪非常不稳定，程兵看在眼里，只当她是一个脆弱的孩子，细心照顾。日子平静悠长，早出晚归的王苗苗身后总跟着个老大叔，两人也渐渐有了交流。
程兵给王苗苗讲自己杀人坐牢，讲与女儿的关系，王苗苗在一旁出主意。王苗苗说着对未来的期待，程兵让她不要纸上谈兵，付出行动。期间，程兵也旁敲侧击知道王苗苗没有跟王大勇联系过。虽然一无所获，但程兵却不愿离开了。程兵王苗苗仿佛一队父女一般生活在一起，他似乎代入了父亲的角色，彼此关心照顾，直到王苗苗在程兵包里发现了自己小时候做给爸爸的手链。手链是当年程兵去王家摸底的时候，王苗苗托他转交给他爸爸王二勇的。这根手链在审讯室的时候，程兵拿出来给王二勇看过，本想用亲情打动王二勇，想不到让王二勇更加歇斯底里。
