該片講述了清末民初年間，由警察局局長離奇死亡引發的一段說不清道不明的奇案，劇情涉及大型牢房、民國時期大毒梟、江湖仇殺、匪夷所思的迷離案情，講述舊上海亂世情緣中一段愛恨情仇。19世紀20年代末，北方港口租界城市——上沽，繁華中充斥著偽善和真惡。警察局局長莊靜河(杜雨露 飾)，帶著復雜的欣喜，等回了在英國留學兩年的女兒莊曉蝶(趙柯 飾)，也等到了女兒早已在英國私自結婚的消息，女婿正是海關監督宋博年(馮恩鶴 飾)之子，宋沛文(劉牧 飾)。莊家父女倆為此吵翻，曉蝶離家出走，被迎面逃來的毒販挾為人質。解除人質過程危機中，警察局偵緝大隊隊長江昱城(楊爍 飾)、貧民窟出身的小混混凌云飛(于青斌 飾)，還有宋家養子宋武平(譚凱 飾)，齊力救下曉蝶。人質事件使莊靜河態度松動，繼而約宋博年商談婚事。當夜，莊靜河卻被槍殺于書房，曉蝶亦受襲擊昏厥，醒后手持槍，被指控殺父。法庭審理波折重重，先有凌云飛遭神秘人威逼上庭作偽證陷害曉蝶，后有無良律師唐菊生誘騙曉蝶主動認罪，曉蝶判處死刑。死刑執行前一刻，江昱城意外發現曉蝶已懷有身孕，沖到刑場，槍口下救曉蝶，允諾全力為她翻案。