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该剧讲述了出身“盗贼世家”的天才大学生庄文杰（王俊凯饰）意外卷入“睡莲”案，结识了精明能干的警官罗坚（张译饰），之后二人合作共同破获多起离奇大案，并让尘封多年的“洛神失窃案”谜底得以揭开，成功捉住真凶、捍卫正义的故事。
青城大学法律系大三学生庄文杰坚称学校馆内收藏的名画《睡莲》被调包，警方查到出身于盗贼世家的庄文杰曾被怀疑偷盗同学电脑，其父庄耀柏还是12年前名画《洛神》失窃案的主犯，当年坠江失踪被警方推断死亡。警方用偏光镜发现假画右下角有“文杰作”的字样，庄文杰成为嫌疑人，他在被审讯时向刑警队长罗坚分析盗窃犯的盗窃手段。专家方老在假画中发现一种特殊的植物颜料，庄文杰想到街头画师才会用这种颜料。假《睡莲》正是街头画师马三临摹的作品，马三被抓后交代委托自己造假画之人就是庄文杰。
庄耀柏生前搭档丁生火突然现身拉拢庄文杰，他设计《睡莲》案就是为了试探逼迫庄文杰。丁生火一伙人将真画《睡莲》藏在庄文杰屋内，并设局嫁祸给庄文杰。庄文杰刚在屋内找到真画就传来罗坚敲门的声音，他面对罗坚的询问机智应对。庄文杰遭到丁生火手下小刀严密监视，他趁送外卖之际把真画及丁生火一伙人的画像送到警局，罗坚立即派人展开调查。小刀来到学校带走庄文杰，庄文杰施计将信息传递给罗坚，警方追踪车辆却在商场地下车库被小刀甩掉。
丁生火计划让庄文杰将装有电磁干扰器的《睡莲》卖给廖德同，等廖德同将《睡莲》藏到私人金库，他们就启动电磁干扰破坏安防系统，再将廖德同的金库洗劫一空。丁生火要求庄文杰回家取《睡莲》，幸亏罗坚提前将真画放回去，并施计让庄文杰戴上微型耳机。之后庄文杰巧施妙计将丁生火的计划利用耳机传递给罗坚，谁料见廖德同之时遇到严格的金属探测器检查，他担心暴露急忙扔掉耳机，就此失去与罗坚的联系。
庄文杰将画卖给廖德同后离开，之后廖德同被抓表示愿意配合警方行动，警方查到画中并非电磁干扰器而是定时引火器，点火时间是凌晨1点。丁生火按照计划一边安排小刀在大厦附近绕圈，一边分兵进入大厦。警方在金库所在的大厦B座提前布控，可一直没有发现丁生火踪迹。罗坚下令抓捕小刀立即审讯，但小刀却闭口不言。点火时间已到，罗坚带人冲到B座地下三层金库却没有发现丁生火团伙，而此时的丁生火带着庄文杰已从楼顶滑索到A座。
原来丁生火的目标并非B座金库，而是A座37楼廖德同办公室里的金库，他在金库找到一台电脑后将里面的文件发送到秘密邮箱，再将电脑硬盘销毁。丁生火突然电击庄文杰将其关到金库，就是为了报复12年庄耀柏故意将他留在金库害他坐牢之仇。氧气越来越稀薄，庄文杰故意将项链插到电源插座导致电源短路，控制室里的罗坚发现这个细节后立即出击抓住丁生火团伙，昏迷的庄文杰也被救出。罗坚告诉庄文杰《睡莲》真迹完好无损，他提前将引火器换到了假画上。
丁生火接受审讯时声称有重大线索交代，但只肯把线索告知庄文杰。丁生火与庄文杰见面只提到了三个月前英国苏富比的拍卖会，罗坚严密监视却并未发现异常。其实丁生火已暗中向庄文杰传递了消息，且消息与庄耀柏有关，庄文杰向罗坚隐瞒了此事，罗坚发现异样派廖双监视庄文杰。警方调查苏富比拍卖会锁定珠宝“月神之泪”，神秘买家来自中国，警方没有任何线索。作家贾金妍未出版的小说稿在保险柜被盗，但里面的现金和贵重物品却都未丢失。
罗坚回看监控终于发现丁生火暗中向庄文杰传递消息，他故意调离廖双以此给庄文杰“创造时间”。罗坚和庄文杰都看出偷盗者偷书只是障眼法，警方抓到开锁人石磊，石磊交代面具人威胁他开锁并非偷手稿，而是里面的密钥分发终端，同样受威胁的还有个工程师。丁生火要求庄文杰去游泳馆柜子里取个东西，到时会有人找他拿东西并告知其父消息。罗坚找回小说稿后得知贾金妍老公孙同方供职于青安安保设备公司，他怀疑孙同方的密钥分发终端被人复制。
如果密钥终端被罪犯破解，那青安公司合作的所有企业的安防设备在他们面前就形同虚设，而他们只有7个小时升级系统。警方查到涉案工程师徐伟已失踪，此时他被面具人威胁正在破解密钥终端。青安公司锁定徐伟攻击的大体位置，罗坚派庞大智带人搜寻具体范围。罗坚提供资料要求庄文杰尽快推断罪犯可能会下手的企业，庄文杰和警方逐一展开分析。青安升级系统完成，岂料徐伟抢先一步破解了密钥，面具人下令行动开始。
庄文杰推断罪犯的目标是宝云珠宝，警方查到该公司近期进口了一批价值千万的南非钻石。技术科马明哲终于找到徐伟的具体攻击地点，罗坚派庞大智抓捕徐伟和面具人，他亲自带队来到宝云公司。等罗坚到达宝云却发现保险柜大开，钻石已被窃走，他断定盗贼还未离开大厦，立刻下令逐层排查。庄文杰偷偷溜出医院来到游泳馆拿到储物柜里的手提箱，一位神秘女人突然出现抢走箱子。警方当场抓捕盗窃团伙，但面具人却未出现。马明哲翻译出丁生火传递的碎片信息，罗坚立马赶去医院。
罗坚赶到医院看到庄文杰刚从洗手间出来，细心的他发现庄文杰的手机屏碎裂。庄文杰早已将手提箱里的一组掌纹和虹膜调包，神秘女人抢走的是空箱子。徐伟被面具人威胁时悄悄录了音，警方经过解码发现面具人是个女人。罗坚怀疑这个女贼曾在青安集团的系统中动过手脚，他亲自带着徐伟来到青安查探系统。庄文杰怀疑罪犯的最终目标是青安集团，他将此事告诉廖双，而罗坚此时也将目光锁定在青安旗下安保公司卫达的业务上。
罗坚怀疑女贼入侵青安系统是为了篡改押运人员的身份信息，他质问孙同方获悉卫达今天的押运任务是“月神之泪”。徐伟找到女贼删改的数据包，里面正是卫达安保监理员苏子怡的信息，但头像并非本人。此时冒充苏子怡的女贼已进入3号押运车，她向委托人温元正交货后施计偷走项链，正准备逃跑时罗坚率人赶到，庄文杰也紧随其后。女贼骗过警方逃到一处未完工的楼顶，庄文杰紧追而来，她将庄耀柏是被人害死一事告知庄文杰，并且警告他不要再查了否则会跟庄耀柏一个结局。
女贼李淑婷跳楼身亡，但警方在她的身上却未找到“月神之泪”。罗坚还原李淑婷的逃跑轨迹，在大厦大堂水池里找到项链。庄文杰自小父母双亡，他在学校遭遇同学孤立欺负，长大后的林芷悦对此非常自责，两人考入同一所大学后她慢慢喜欢上了庄文杰。罗坚请庄文杰吃火锅，他借机询问李淑婷临死前究竟对庄文杰说了什么话。一位拄着拐杖的神秘人此前从水池中捞出“月神之泪”拍下照片，然后又将项链放回去，之后他用显微镜观察照片，在项托上发现一组隐秘的数字。
庄文杰出于对父亲死亡真相的探究，他隐瞒了罗坚。庄文杰在图书馆调查父亲当年的案件，林芷悦闺蜜王雪询问他与警察关系如何，庄文杰略感蹊跷。警方一直没弄明白李淑婷为何把项链放在水池，罗坚再次提审丁生火，从话中听出他暗传消息就是为了借刀杀人杀了庄文杰。庄文杰拿到父亲留下的两件遗物，家里老宅钥匙和普通的签字笔。王雪突然跳楼自杀，裸照也在网上大肆流传，罗坚表示裸照是从一家套路贷公司流出的，受害者不止王雪一人，而且王雪还背负了300万巨额债务，林芷悦想起王雪曾说交了一个网恋男友。
庄文杰三人通过王雪的电脑展开调查，发现王雪在豆莱网上与一位已注销用户有不少聊天记录。罗坚发现王雪的社交账号竟在异地登陆，而对方正是庄文杰三人。庄文杰劝说罗坚联系豆莱网负责人调取用户资料，警方筛选资料锁定了三名疑似受害者。罗坚联系受害者但都遭受对方否认，林芷悦以王雪挚友身份去接触受害者打探到一些线索。罗坚经过调查锁定咖啡师李安福，庄文杰怀疑李安福与李淑婷有关联。警方查到李安福与三个同伙下落，罗坚带队安排抓捕行动。
省公安厅苏英阻拦罗坚抓人，她表示与李安福在一起的三人是走私团伙成员，但警方一直未查到幕后之人红姐的真实身份，而且丁生火和李淑婷也与该团伙有关。罗坚根据苏英提供的信息来到游泳馆更衣室调查，他推断庄文杰一定拿走了涉及走私集团计划的重要东西，但质问庄文杰时却被其否认。李安福施计接近古董收藏家之女梁洛欢，警方怀疑走私集团企图利用梁父销赃，并查到走私集团成员于恬和张猛分别接触了孙志坚和林芷悦。苏英怀疑庄文杰与走私团伙有关，罗坚极力辩解。
罗坚自荐远程监视庄文杰，他直接闯入庄文杰家里道歉还执意请吃饭。庄文杰正准备赶往学校取行李箱，走私团伙成员麻友方突然出现，并以林芷悦和孙志坚威胁他交出虹膜。麻友方嘲笑庄文杰表示丁生火明显是为了借刀杀人，当年庄耀柏金盆洗手后被逼偷《洛神》暗中向警方通风报信，结果丢了性命。麻友方安排手下拿到虹膜后威胁庄文杰一起离开，罗坚查看监控注意到庄文杰留下的求救信号。麻友方引开警方后落网，庄文杰落入红姐手中。苏英怀疑庄文杰与犯罪团伙勾结，罗坚却坚信庄文杰受人胁迫。
庄文杰施计逃跑，他听到红姐手下提到红姐打算踢走“先生”独自找《洛神》。庄文杰行踪暴露，一神秘人突然现身营救。庄文杰来到警局将所有秘密全盘托出，罗坚推断走私团伙将盗走的墓葬棺椁切割后混入建筑材料中运走，红姐利用梁洛欢父亲的好友杨永名下的货轮偷运陪葬品出境。警方赶到码头将李安福和红姐等人一网打尽，红姐否认月神案后意识到自己被“先生”利用。庄文杰回到老宅找到修表店老板许正清，一口咬定他是救自己的神秘人，许正清承认自己跟庄耀柏是同门师兄弟，还表示当年是自己害死了庄耀柏。
许正清和庄耀柏当年犯下许多盗案，庄耀柏结婚生子后金盆洗手。2007年，丁生火找许正清盗取名画《洛神》，许正清推荐庄耀柏但遭其拒绝，岂料丁生火挟持庄妻导致她哮喘发作不治身亡。庄耀柏为了保护儿子只能同意合作，他盗画时将丁生火关在金库自己带着画坠江。罗坚确定“先生”应是拄着拐杖的男人，他调取监控果然发现一可疑男性靠近过水池。罗坚从宝石镶嵌的衬底下找到一串数字，专家鉴定文字是民国老匠人所刻。庄文杰找方教授打探《洛神》来历，方教授表示此画是民国时一批南迁文物，当年护送文物的人几乎全部牺牲。经过案情分析，庄文杰和罗坚都锁定了廖德同。
廖德同定制了一身套头玩偶服，庄文杰调查得知他在西餐厅为女儿举办生日宴。许正清假扮餐厅清洁工在更衣室绑架了廖德同，庄文杰穿上玩偶服假扮廖德同在台上卖力表演。许正清逼问廖德同丁生火到底偷了什么信息，甚至掰断了他的一根手指。庄文杰设法脱身阻止许正清逼供，廖德同受触动将藏有芯片的黑边眼镜交给庄文杰，并表示曾听说许正清当年为了200万将庄耀柏出卖给丁生火。廖德同出去后谎称脱水，罗坚察觉异样调查到庄文杰身上。庄文杰在芯片里发现一份暗流名单，许正清面对质问承认收了丁生火的200万定金，才把庄耀柏引荐给他。
许正清翻看暗流名单发现老友戴孟德的名字，戴孟德称名单上是暗流地下拍卖会客户，廖德同是负责联络客户的中间人，暗流近期将举办一场拍卖会，拍品里有《洛神》。庄文杰推断“先生”偷名单是打算顶替买家参加拍卖会。庄文杰查到拍卖会地点在假日酒店，此时罗坚收到匿名信息获悉此次拍卖会信息。12年前，方海忠收到“《洛神》将被盗”的纸条后展开调查，但徒弟罗坚不以为意吵了一番独自离开。罗坚接到师父电话主动挂断，岂料回队里却惊悉师父坠楼身亡《洛神》被盗。
