作為亞洲金融中心的香港被稱作“最安全的城市”，豈料警局接到一通匿名電話，對方聲稱劫持了警隊的一輛前線沖鋒車以及車內的五名警員和武器裝備。此次事件引起了香港警隊高層的高度重視，適逢處長（王敏德飾）出訪國外，此時由鷹派人物行動副處長李文彬（梁家輝飾）與年輕的管理副處長劉杰輝（郭富城飾）共同負責此案，并將行動命名為“寒戰”，李文彬任總指揮。隨著調查深入，劉杰輝發現劫車事件實為內部人員精心策劃的連環陰謀：李文彬的兒子（彭于晏飾）作為人質之一被卷入事件，卻因警方反制行動引發匪徒報復性升級，導致警察遇害、爆炸案頻發等危機。劉杰輝通過追蹤被篡改的內部通訊記錄，逐步揭露李文彬為營救兒子而擅自啟動“寒戰”預案的違規操作，二人從合作轉向對峙。最終調查揭示該案牽涉更高層權力博弈——劫車行動背后存在境外勢力與本地政治集團的勾連，而劉杰輝在追查真相過程中亦遭上級部門反制，暴露出警隊與政府高層之間更深層的系統性腐敗。