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《惊情48小时》全剧四个不同类型的案件组成，分别拟了四个小片目，“红舞之夜”“黑色通道”“神人龙面”和“死亡游戏”。“红舞之夜”剧循着一个年逾三十的舞蹈演员因爱情、事业的挫折而走向绝境的行迹，揭示了一桩看似谋杀，实为自杀的充满悬疑的案件；“黑”剧则跟踪一条毒品走私和贩卖的线索，使形形色色的犯罪嫌疑人浮出水面，而真正的幕后元凶却令人始料不及。
女演员白冰冰在顶级私人会馆天一阁密会男演员潘晓东，二人被娱记王乐堵在包间里。白冰冰的助理周小原与王乐周旋，白冰冰借机溜走。刑警队长周正开车去往天一阁堵女儿周小原。周小原发现王乐在会所门口对着前方不停拍照，远处白冰冰正和几个警察上车驶离。白冰冰迟迟不到颁奖现场，影视公司老总欧阳少华的妻子方文迪建议速调公司二号女星郭盈盈到场以备不测，被欧阳少华拒绝了。而此时白冰冰已被3个歹徒绑架到一所民宅。
冒充警察绑架白冰冰的是大武、小武还有华子3人。周正让刑警赵利打电话给每个分局及派出所，看是否有出警拘留白冰冰，赵利的电话来了，汇报没有人知道有关调查白冰冰的任何消息。周正判断白冰冰很可能已被绑架。酒会现场，欧阳少华、方文迪、郭盈盈和主办方正在做最后的谈判，欧阳少华坚决不同意把奖项转颁郭盈盈。剑拔弩张之际，欧阳少华的手机接到了绑匪的电话。
白冰冰被转移到了荒郊野外的破旧厂房。欧阳少华接到绑匪电话索要赎金900万元，十点之前准备完毕。欧阳建议按照绑匪的要求做。周正用音频分析仪立刻对报案女声与郭盈盈接受记者采访时的声音资料进行比对。宏美影业里，欧阳少华、方文迪、郭盈盈等人焦急地等待黎明的到来。
市局王局长把周正召回局里，向他下达了死命令48小时内务必破获此案。周正立刻从总队各处抽调精英，成立专案组，成员包括周正合作多年的老搭档情报员赵利、电子信息专家张扬、审讯心理专家董欣、新闻联络员王阿娜等，王局长还派来了从美国留学回来的特别警员杜玉婷。患有先天性严重哮喘的白冰冰犯病了，白冰冰告知绑匪，自己随身携带的喷剂现在在会所地下停车场的宝马跑车内，大武最终决定派华子去拿喷剂。
周小原接到天一阁会馆保安的电话，称一个男人拿着白冰冰的车钥匙，受白冰冰委托要把车开走，周小原通知了父亲周正。周正让刑警马奇赶往天一阁，周小原和马奇相互配合，一前一后堵住了取车的男子，男子被周小原制伏。这名男子并不是大武派来取车的华子，只是附近的一名流浪汉，半小时前，有人给他500元钱与车钥匙，令他来会馆取车。白冰冰发作得更加厉害，小武赶紧拨华子电话，但却一直显示忙音。小武吩咐大武让白冰冰的老板来送药。
杜玉婷通过制片助理程铁得知白冰冰曾私会潘晓东。周正立刻命令赵利控制潘晓东，并启动对潘晓东个人信息的分析。绑匪打来电话，让欧阳少华开着奔驰车待命。周正和杜玉婷又一次发生争执，杜玉婷要求必须跟踪奔驰车，伺机寻找机会。周正则要求只去一个人开车，让绑匪顺利拿走喷剂。杜玉婷与马奇合作，改制喷剂，装上跟踪器，可定位劫匪位置。周正命令由老赵开车跟踪欧阳，沿着三环路行驶。华子终于开了机，小武勒令华子立刻返回。而此时白冰冰呼吸渐渐微弱，奄奄一息……
有个网友联系王乐，声称能提供白冰冰的内幕消息。欧阳的电话响了，对方指示，在前面110米拐弯处，把喷剂扔到高架桥下，而且不准停留。欧阳遵照指示，扔下喷剂离去。面包车里，马奇紧紧盯着监视屏，代表跟踪器的小红点终于静止不动了。马奇核实了小红点所在的方位，乃是一辆货车，周正认为绑匪识破了警方的计谋。杜玉婷不信，拿着探测器终于在车上找到了带着跟踪器的背包。小武拿出已取出跟踪器的喷剂，让大武帮白冰冰使用喷剂。
周正提审潘晓东。潘晓东情绪激动，还对白冰冰进行了一番人身攻击，周正把他锁定为嫌疑人。董欣在资料库中寻找，赵利动用所有线人关系，很快，周正得到了胡玉华就是华子的信息。根据赵利的线报，华子出去后说要跟着两个剽悍的东北哥儿俩干个大案子，为此还到处打听托人买枪。案件终于开始有了突破。
绑匪再度打来电话，声称交易取消，让众人等着收尸。周正提出自己的建议第一，想办法和绑匪恢复联系。第二，把昨天宏美影业所有在场的人控制起来，由他一一讯问，寻找透露信息的嫌疑人。第三，加紧对买凶嫌疑人的跟踪，继续审讯潘晓东。周正让技术人员在 “海角天涯”网上发布了一个帖子，大意是我是警官周正，我知道夏敬武、夏启武兄弟正在看这个网站，你们将被通缉。周正的帖子引发了3个亡命徒的巨大争议。最终，小武胁迫华子同意接受警方交易。
绑匪打来电话，同意周正在帖中提出的继续交易。至此，杜玉婷领导的专案组开始三线作战——一批人由杜玉婷带队，核心为马奇、赵利，迎战绑匪，借交付赎金之机寻求机会解救人质。一批人由周正带队，核心为董欣，审讯嫌疑人潘晓东，攻破他的心理防线，寻找解救白冰冰的机会。王阿娜继续与海角天涯周旋，寻找爆料的人，追查宏美的内奸。经过调查，周正排除了潘晓东的嫌疑。虎穴中，白冰冰渐渐恢复勇气与智慧，她向小武建议让助理周小原和方文迪一起交付赎金，小武同意了。
杜玉婷指导技术员在赎金中安放GPS发射器。绑匪再次打来电话，要求方文迪和周小原前去交付赎金。周正向杜玉婷建议激怒绑匪挟持小原，让小原打入敌窟，打一场里应外合的战役。王阿娜顺利拿到王乐提供的手机号，追查结果手机号是一次性的。王乐交代，当日他只负责把5万元现金放入丽晶饭店游泳馆的储物柜里，之后由爆料人取走。王阿娜调出游泳馆监控录像，发现一蒙面女子取走了现金。
时间已到，方文迪与小原出发了。王阿娜与赵利反复观看着取款女子的监控录像，最后王阿娜在女子的球鞋上发现破绽。那双名牌球鞋刚刚上市，全宏美只有郭盈盈的助理b姐有一双。赵利让技术人员分析人像资料，拿到身高、体重等细节，再与郭盈盈助理b姐对比，发现吻合。赵利与王阿娜控制住了b姐。周正成功地实施了激怒绑匪绑架小原的计划。可是，一切在最后一刻出了岔子——绑匪放弃了赎金，带着小原逃得无影无踪。
小原被打晕装入麻袋，等她再醒来时，发现自己已经与白冰冰在一起。王阿娜在网络媒体监测中发现了新情况还是在海角天涯网上，就在交易进行的关键时刻，出现了一条消息，称赎金中有新型跟踪器。杜玉婷与周正分析，知道跟踪器的人极少，警察中恐怕有内奸放消息给绑匪。之后，周正立刻提审b姐，b姐供出，的确是郭盈盈指使她去取款。郭盈盈交代，自己只是意图搅乱局势，惹怒绑匪，但是她不知道赎金中有定位器。马奇给郭盈盈测谎，发现她说的是实话。绑匪要转移白冰冰和小原，小原将白冰冰的项链扔在地上，为警方破案提供线索。
小原判断，绑匪背后有主使人。小原让白冰冰思考谁可能是幕后主使。王阿娜继续与海角天涯交涉，拿到了发帖泄露赎金跟踪器之人的IP地址，警方根据这个地址找到了发帖人，他正是王乐。王乐交代，这条消息是一个陌生手机号发短信给他的。王阿娜查寻号码，仍是一次性手机号。杜玉婷说服王乐帮助警方煽动白冰冰的粉丝，逼白冰冰在微博现身，为周正推波助澜。小武打开电脑，登上海角天涯网站，海角天涯的头条是千万 “白饭”集体造反，逼白冰冰微博现身说法。小原看到这条消息，暗暗露出了笑容，周正的暗号到了。
小原按照周正之前计划，联手白冰冰与小武斗智斗勇。几番回合下来，小武同意白冰冰可以上网发帖安抚粉丝，但是他必须在旁边监视。周正与杜玉婷再次盘问郭盈盈，他们发现方文迪从案发开始至现在，一直把郭盈盈当做一颗棋子来利用。然而，方文迪做得滴水不漏，周正他们找不到切实的证据。小原拟定的回帖内容，乃是白冰冰的个人声明，说明自己患了流感，正在某温泉会馆疗养，届时一定出席 《我爱》的首映典礼，请 “白饭”们放心。为安抚 “白饭”，白冰冰还贴出了即将面世的第一张个人专辑 《我爱》中的 《爱》的歌词，以飨 “白饭”。
周正看着白冰冰在海角天涯上发的帖子，露出会意的笑容。小原把情报信息隐藏在了白冰冰那首胡诌的《爱》的歌词里，里面显示出小武、转移、项链。杜玉婷布置紧急任务，周正继续追查方文迪，因为她不仅被警方疑为内奸，也很可能是真正的绑架主使人。马奇、王阿娜跟踪项链线索，在全城的典当行查找是否有新典当的蒂凡尼的项链。另外派出所也要细心追查，看是否有人捡到项链送交公安机关。赵利收集东北兄弟的情报。赵利这边最先有进展，已经确查，小原情报中的大武、小武正是之前已在全国通缉的夏敬武、夏启武兄弟。
此时，杜玉婷与周正再起争执。杜玉婷认为应该利用媒体全城通缉绑匪夏家兄弟，攻心为上。周正认为，杜玉婷国内办案经验浅，并不熟知亡命徒的特性，全城通缉只会逼夏家兄弟狗急跳墙，撕票逃匿。杜玉婷与周正向上级汇报，让上级定夺。上级领导立刻批示，同意周正的意见。此时，海角天涯上又有新消息，引起了小武的兴趣。头条是无敌“白饭”山寨版 《爱》的歌词向白冰冰示爱。大武守着电脑，把歌词读了出来，乐得前仰后合。小原迅速记着歌词，用第一副本迅速破译了周正的指示迫使主使现身。
白冰冰告诉小原，自己已经知道幕后主使是谁。欧阳少华与方文迪焦头烂额地安排着晚上与国际大导演斯特伯格的会晤和明晚电影 《我爱》首映典礼的事情。马奇从外面带回了3条蒂凡尼的项链，都是白天典当给不同典当行的货品。周正首先把3条项链拿给欧阳少华和方文迪辨认，他们一条一条地拿起来看，夫妇俩都表示没有注意到白冰冰是否有此项链。细心的杜玉婷发现了方文迪的破绽，方文迪拿起其中一条钻石项链时略微停顿。杜玉婷向周正点点头，两个人从对方的眼神中会意，与方文迪正面交锋的时候到了。
周正让王乐联络白冰冰的粉丝团挑白冰冰的项链，挑中的项链正是方文迪放在手上略微停顿的那一条。马奇、赵利迅速出发寻找项链的典当人。方文迪向周正和杜玉婷坦承是自己主使绑架了白冰冰，并对自己向绑匪泄露赎金跟踪器消息供认不讳。马奇、赵利找到了之前关押白冰冰的房间。杜玉婷与周正继续审问方文迪，方文迪漏洞百出。杜玉婷、周正明白，方文迪是为了欧阳少华。白冰冰按照小原的计划，终于逼迫真正的绑票主使人现身。
绑票主使人正是程铁，他与白冰冰曾经是青梅竹马的恋人。周正、杜玉婷翻阅卷宗，研究欧阳少华的犯罪嫌疑，程铁引起了周正的注意。周正发现，这个人似乎与方文迪的手段如出一辙，他每一次都能把警方成功地引向某个嫌疑人，周正下令全市秘密通缉程铁。多方线索汇总，警方找到了白冰冰与程铁的感情前史。马奇与赵利在程铁家里扑了个空……
