20世纪30年代初,上海法租界,一场打斗打破了夜晚街上的安静,巡捕房门口出现一只死人的手,尸体被吊在河边的树上,法医赶快现场,巡捕房探长刘梵希来到现场后发表看法,他是华人探长罗成的徒弟。刘梵希叫醒师傅后一起去吃饭,罗成让他吃面时不要发出声响,罗成的女儿罗珊珊留学日本,刘梵杀将现场情况说给罗成。
歌星郑晓婉在大上海歌舞厅的表演得到一阵掌声,她拒绝了商会副会长齐先生的约会。郑晓婉出门后被人绑架上车,齐先生欲将她强暴,等她第二天醒来时发现满床都是血,齐先生已经死亡,范德威来到凶案现场,罗成让刘梵希对长官尊重一些。罗成向刘梵希问起对两个断手案的看法,刘梵希认为这个案子根本没有结束,第三只断手又被送到法捕房,外面各种传闻,他们面临前所未有的舆论压力,破案者可以被升职,十天内不能破案罗成和范德威将被惩罚,这个凶手也是他们十年来最难办的一个。
罗成根据那三只手做出分析,他带着刘梵希和许衡来到巨福路纺织厂,罗成让他俩守在门口,他在巨福纺织厂见到杀手陈欣,陈欣对罗成也是十分敬佩,两人在纺织厂打斗起来,陈欣不是罗成的对手,他扔了飞镖后逃走,刘梵希和许衡没能拦住他。法华镇的林子里出现又一具断手的尸体,罗成收到消息后赶往现场,他刚一进去就被人围起来,罗成被人暗中打了一枪,陈欣随后出现。
罗成的手下被收买,他又身中数刀后被陈欣杀死,引他出门的是人是许衡,许衡答应在老地方给陈欣送钱。罗成的尸首被人抛入河里,刘梵希梦到师傅被人杀害,他带着混沌去找罗成时没敲开房门。许衡拿到钱后准备按命令杀死陈欣灭口,陈欣被许衡出卖,他见到巡捕后明白了一切,陈欣儿子进门后也被巡捕用枪指住。刘梵希不相信师傅会和杀手同流合污,巡捕劝他以后说话小心点儿,罗成的失踪让罗成很生气。
刘梵希接替师傅职务晋升探长,范德威也成了法租界有史一来第一位华人督查,他在法国人面前竭力推荐刘梵希,刘梵希对许衡的失踪也有很多疑点,他坚信自己的师傅不是那样的人。警官罗珊珊杀死佐藤和他的手下,她接受警事厅的任何处罚,远藤去监狱看望她,这件事情让她声名远扬,罗珊珊知道日本法律的武器无法制裁佐藤,远藤认为她的做法欠缺考虑,不过他已经畅通好关系,日本警视厅让她离开,五年来罗珊珊都一直希望为父亲寻找真相,远藤给她写了推荐信,因上海后可以去法捕房工作。
罗珊珊坐船从日本回到上海,打开家门后空无一人,房间里的一切仍是那么熟悉,她回想起小时候和父亲下棋的情形。罗珊珊在家里打扫卫生,她看罗成曾在黑板上写的对案件的推理。罗珊珊在街上发现小偷后追赶过去,小偷四处逃窜,罗珊珊紧追不舍,小偷在刘梵希面前停下来说他被罗珊珊打了,刘梵希决断她来自日本,还替小偷开脱。
刘梵希让小偷交出偷的钱,罗珊珊还给失主后想带小偷去法捕房,失主不想再报警,但罗珊珊坚持要带小偷过去,刘梵希和罗珊珊现不得已交手,她的胸针被刘梵希摘下,小偷趁机溜走,罗珊珊失足险些从楼上摔下,刘梵希及时出手抱住她,罗珊珊生气之下没要胸针生气地离开。罗珊珊来到法捕房找范德威报道,她拿出远藤雄一的推荐信,总督查安排她参加考试,这也是巡捕房的规矩,罗珊珊通过考试。
罗珊珊被认命为法捕房的副探长,范德威带她去了办公室,她父亲罗成当年曾坐在那里,罗珊珊提出要看一下当年的卷宗时被范德威拒绝,范德威向她说起刘梵希和许衡。刘梵希在母亲照片前祭奠,他母亲和师傅在同一年离开他,刘梵希遇上罗珊珊让他想起师傅的女儿。罗珊珊夜里悄悄来到法捕房的档案室,打开房门后她寻找当年罗成事件的档案,当她打开档案柜时发现是空的,等离开时被巡捕冯二宝发现,冯二宝向她汇报说楼上有窗户被打开,他是刘梵希的助手。
妓女陈桃花来到罗珊珊的办公室找刘梵希还他落下的东西,罗珊珊让她赶快离开,陈桃花被询问后生气离开。罗珊珊在法捕房四处找刘梵希,她向冯二宝问起来时被拒绝,冯二宝替刘梵希解释起来,他还说起罗成。罗珊珊给远藤老师写信说明工作情况,她最大的心愿是挖掘父亲当年的死亡之迷,了解真相看业是任重道远。
罗珊珊找到吴法医,当他听到是罗成女儿时有些惊讶,她主要想了解当年断手案的细节,吴法医向她说起刘梵希了解的情况多一些。陈欣的儿子为父亲祭奠,他当年侥幸活了下来。孤儿院院长曾糟蹋过很多孤儿院的女孩,他被捆绑起来后割掉一只手,割下那只手的人曾是孤儿院的孤儿,他们只为报仇,断手被送到法捕房门口。
罗珊珊拿起断掌做出判断,范德威认同她的分析,罗珊珊希望能负责这个案件,范德威希望刘梵希和罗珊珊配合行动,刘梵希带人来到断手案的现场,冯二宝等人出去后关上门,刘梵希仔细勘探现场,他发现对方不只一个人,现场的打斗留下不少痕迹,刘梵希在模仿当时的情形,罗珊珊到后被冯二宝阻拦,她不听劝告闯了进去,罗珊珊见到刘梵希后有些吃惊,刘梵希知道她的真实身份后谈起案情,罗珊珊带着专业工具对尸体进行检验。
刘梵希根据现场的情况判断死者是被人追着要钱后遭到杀害,冯二宝进门后看到刘梵希和罗珊珊在讨论案情,用刀的人可以用快、准、狠来形容,刘梵希分析是上海滩的龙彪和身边的第一快刀所为,罗珊珊提出质疑,她认为切成那样肯定是懂医的人。刘梵希让冯二宝将尸体运回去,留两个人看守现场。刘梵希带着罗珊珊从小偷那里打听龙彪下落,他们赶往八仙楼。刘梵希和罗珊珊在八仙楼下见到快刀,刘梵希独自上楼见到龙彪,他向他问起薛三的事情,龙彪听到薛三死亡的消息后十分惊讶。
快刀给罗珊珊倒酒时被拒绝,罗珊珊将酒泼在他身上,快刀拔刀后和罗珊珊打起来。龙彪不承认薛三的死和他有关,刘梵希提出和他赌一把,龙彪命手下放下枪,他愿意赌,剩最后两枪时龙彪并不害怕,刘梵希再开一枪后安然无恙,龙彪害怕只好同意跟他回去。快刀和罗珊珊还在楼下打斗,罗珊珊将他制服,但手下留情。
龙彪被刘梵希带走,刘梵希没想到她会放倒快刀,他也是为她的安危考虑,刘梵希对罗成的死也是疑点重重,只是找不到证据。罗珊珊根据尸体认为龙彪不是凶手,最多是打了薛三,快刀也不可能将手掌切成那样,刘梵希明白了,他找龙彪询问当时情况,龙彪不想多加解释,刘梵希带他去见薛三的尸首,罗珊珊分析真正致命的是断手伤口。
龙彪向刘梵希望解释了快刀原名的原因,罗珊珊坚持认为真正的凶手懂得医学,刘梵希给龙彪三天时间交出凶手。陈欣的儿子将陈欣的照片摆在柜子里祭奠,他当年亲自看到父亲死去。刘梵希找到解剖学专家的徒弟小陈,他让他用最快的速度切下指定尸首的手。