8月16日都城市发生了一起震惊全国的持枪抢劫案，合生公司的员工到银行提取职员工资，一行五人取出钱正打算乘车离去，两位蒙面匪徒（胡志军(雷汉 饰)、何巍）向他们开枪，把钱抢走。刑警队长周铁立即带队赶往现场，发现五人全部中枪，两人当场死亡，其他三人已送往医院抢救。

回警局的路上，周铁猛然发现其中一位一直处于昏迷状态的伤者竟是自己的儿子周文。劫犯胡志军想把车烧掉，可惜没成功，不经意留下了指纹，结果这辆车被警察发现了。

余杰给二人打电话却一直没有得到回音。因为弟弟在秃子赌场欠钱被关了起来，胡志军(雷汉 饰)拿到钱后，想赎回弟弟胡小军，却发现秃子由于违法开赌场被警察带走了。不到一个星期，荒郊又发生一起劫杀出租车司机案。现场和上次发现的出租车一模一样，精明的周队长立即判断抢劫犯还在都城。

警方通过给遗留在出租车上的指纹做鉴定，发现指纹是胡志军的。周铁马上带人来到胡志军住处，却发现人去楼空。

通过对胡志军(雷汉 饰)邻居的访谈调查，警察了解到胡志军的同伙何巍正在都城。在地下停车场，何巍被警方包围，走投无路之下开枪自杀。在追捕过程中李丁为女同事刘丹挡了一枪，受了轻伤。胡志军在城远镇一方面关注抢劫案的消息，一方面等待秃子的电话。

秃子从牢里出来后，胡志军与他约好两天后拿钱与他交换弟弟。帮何巍窝藏赃款的周洋打电话到歌舞厅找他，电话却被李丁接到，李丁立即怀疑周洋与何巍有牵连。

李丁和刘丹把周洋带到警局做调查，并没发现可疑之处，只好送周洋回家。周洋到家之后把窝藏何巍赃款之事告知妻子，夫妇两人决定转移赃款，不料李丁、刘丹杀了个回马枪，人赃并获。在警局，周洋供出胡志军(雷汉 饰)有个弟弟叫胡小军。

周铁发现周洋帮何巍窝藏的赃款是30万元，立刻判断三名犯罪份子分赃不均，于是怀疑胡小军也参与了抢劫案。胡志军在郭家旅馆住下，与秃子保持着联系，秃子则一直用胡小军要挟胡志军。

胡小军在审问中把胡志军(雷汉 饰)与何巍相识及买枪的过程告诉了警察。周队长从对胡小军女朋友的审问中得知胡志军曾经与她联系过。李丁、刘丹把秃子抓起来审问，并想从他口中了解到胡志军的情况。周铁决定监听他们三人的电话了解胡志军的行踪。

胡志军在郭家村一直以为胡小军还在秃子手上，于是打电话给秃子，异常警觉的二人约好一个小时之后在城南大桥交易。周铁队长预计胡志军会找胡小军的女朋友与秃子交易，于是对她家电话也进行监听。

果然，胡志军(雷汉 饰)给她打电话了，一小时后，城南大桥，警方布置了天罗地网等着胡志军，可他却没有出现。周铁的儿子周文出事后，周队长爱人一直都在病房悉心地照顾着，周文却一直没有醒过来。胡志军又约好秃子在红星体育场见面交易，一直被警察监视的秃子准时到达体育场，但只发现接头的是一个女的，于是警方对全城各个出城的路口进行盘查，胡志军坐车想出城却发现路口的警察在搜查，情急之下，跳到路边草丛里，脚被划了一道大口子。

胡志军(雷汉 饰)拖着受伤的脚艰难地走到一个农户家，好心的农户用三轮车把他送到镇上。在8.16抢劫案中，一位受伤者苏醒了，他告知警察开车匪徒的老婆是合生公司的职员。经过警方调查，该人就是余杰。警方立即找到余杰老婆和他妹妹余萍进行调查并对她们的电话进行监听，但余萍没有告诉警察余杰来找过她。

余余杰在刘经理公司呆了一段时间，害怕他发现自己的真相，于是找他借了两千元准备再次逃离。

周铁派李丁即刻赶往刘经理公司，余杰刚打算离开公司就被李丁抓住了，余萍也因为欺骗警察被带入警局。由于8.16案情十分严重，市公安局按照上级部署进行全省排查，并发布通缉令。胡志军(雷汉 饰)被送到镇上医院，医生处理过伤口后，他拿走医院一些药品便从山里小路逃走。

为胡志军治疗的医生在镇上无意间看到通缉令，马上报警，但是警方赶到镇医院时却发现胡志军又跑了。

胡志军(雷汉 饰)再一次逃脱了警察的追捕，来到雍州市，周铁只有通过审讯余杰了解详细案情，并在等待中寻找抓捕胡志军的机会。在审讯中，余杰开始是耍无赖，不讲实情，当他从周铁处得知胡志军、何巍不分钱给他，抛弃他的事之后。

余杰气愤之下也同意和警方合作，周铁陷入了经济困难，他的助手李丁和刘丹十分为他操心，并且找公安局刘局长商量决定在警局搞募捐帮助周队长。

余杰把胡志军(雷汉 饰)威逼他杀出租车司机的事供认出来，但还是隐瞒了一些信息。周，余杰表示非常愿意与警方合作。胡志军本以为逃到雍州市就没人再认识他，但是他在街边赌摊上两次遇见曾经见过一面的余杰好友大头（原名赵亮），大头也听说了胡志军抢劫杀人案。

警觉的胡志军发现大头的可疑迹象，追上去抓住了他，盘问出大头了解8.16抢劫案的信息。

胡志军(雷汉 饰)以大头的儿子相威胁，希望他三天之内不要报警。胡志军回到旅馆，突然想起旅馆的登记员都怀疑自己的假身份证，于是决定办一个新身份证，然后离开这个城市。胡志军在一个偏僻的地方见到了地下办证的人，并约好第二天晚上交易，但被索价一万元。

余杰见过妹妹后，把自己如何与胡志军、何巍杀人抢出租车的详细经过，在实施抢银行之前与胡志军冲突情况，害怕的犯罪心理以及详细的作案过程都讲述出来。

胡志军(雷汉 饰)又打电话威胁大头不要报案，大头也特别小心，害怕胡志军会对自己的儿子和老婆进行报复。胡志军如约与办证人见面取证，刚交易完，胡志军掏出枪想逼办证人还他被索的一万元，但却被他们打得鼻青脸肿、面目全非。在胡志军与大头约定的第三天，大头老婆劝他报警，可是他不敢，于是打电话给好友余杰，余杰在警察局接听了电话，警察从中得到胡志军的行踪，立即把通往城外的所有道路都封堵了，布下天罗地网抓捕胡志军。

胡志军(雷汉 饰)到汽车站买好车票匆匆上车，在出城的路口警察拦住了胡志军乘坐的车进行检查，可是却没认出他。原来胡志军在被打后又对脸部自残，骗过警察逃离了雍州市。狡猾的胡志军已经从周铁手中逃了四次，追捕胡志军的行动陷入了困境。

周铁通过分析判定胡志军会再一次作案，他想通过调查全国每一起持枪抢劫案这种大海捞针的方式寻找胡志军的下落，为此建立了全国持枪抢劫案信息网。

一个月过去了，胡志军(雷汉 饰)还是杳无音讯，可周铁依然坚持着，要将追捕行动进行到底。全国每个持枪抢劫案周铁都不放过，一有这样的案情，他就派李丁过去查看，但几个月都没有结果。由于实施这样的全国排查方式，周铁队里很久没接新案，经费也不足。

周铁也有些灰心丧气，甚至都写好了辞职信，但是在看望抢劫案受害者家属时，见到他们的悲惨状况，又坚定了他一定要抓住胡志军的决心。胡志军决定到菱江市定居。

胡志军(雷汉 饰)化名乾坤来菱江市住进旅馆后，好赌的他经常在小巷里与一些当地人小赌，追捕胡志军是出于正义还是报私仇，周铁一直被这个问题困惑不已。在和李丁、刘丹商量这个问题后，周铁更加努力地投入到追捕行动中，他决定认真地调查胡志军的生活经历，以了解他的性格特点。

由于经费早已用光，周铁经常自己掏腰包办事，这些事情被李丁和刘丹发现后，他们便找到刘局长。

胡志军(雷汉 饰)一直对曾经在菱江市免费为自己和何巍做导游的姚佳念念不忘，便来到曾经游玩过的景区找到了姚佳，送她贵重项链、请她吃饭、陪她逛商场、唱KTV，姚佳很感动。在一次赌博中，正巧碰到警察抓捕赌博人员，胡志军仓皇逃走，不慎把脚弄伤，姚佳与胡志军通电话时了解到他受伤。

姚佳来到胡志军住处，对他十分关心。两人在共处的日子里逐渐产生了爱慕之情，并且结为夫妻，生了一个小孩。

周铁建立的全国持枪抢劫案信息网的抢劫在逃犯资料库为其他公安局侦破抢劫案做出了很大贡献，同行送来锦旗表示感谢，他还获得了很多表彰，李丁和刘丹羡慕不已。齐木市一家美容院发生了绑架案，美容院女老板因与其男友感情出现矛盾而被劫持。

经调查，该男子叫刘福田，为抢劫在逃犯，在老家作案并将妻子杀害。

警察准备冲进美容院营救人质，人质被挟持出来，面对穷凶极恶的罪犯，齐木市公安局刑警队长陈建峰果断开枪，罪犯被制服。绑架案凑巧被来到齐木市的胡志军(雷汉 饰)目睹，他匆匆打车离去。在审问刘福田时，他居然说自己在来齐木市之前，杀死了一个叫胡志军的人。

齐木市警方立即把情况告诉周铁，寻找胡志军已有两年半的周铁闻讯立刻赶往齐木市，与齐木市警方一起审问刘福田，但是耍滑头的他并没有提供更多有益的信息。

胡志军(雷汉 饰)从房东处借了一辆摩托车，每天都到倒卖外汇市场，寻找大笔交易的倒汇人进行下手。一次，胡志军盯上了一个目标，一直跟踪，但被倒汇人发现。第一次行动失败后，胡志军回到住所，开始研究倒汇人经过的路线地图。他还是每天埋伏在倒汇街头，可是第二次跟踪又没有寻找到下手的机会。

狡猾老练的胡志军采取分段跟踪方式全面了解目标的每一条路线，但是他正要下手时，目标却消失了。他十分懊恼。

在摊边周铁与胡志军(雷汉 饰)擦肩而过，丧失了最佳的抓捕机会。胡志军最终决定在回家之前把握住最后的机会，这一次他得手了。周铁在回都城的火车上接到电话得知倒汇人被劫持打伤，便立刻返回齐木市协助调查。在火车站周铁与胡志军再次擦肩而过。

周铁预感是胡志军所为，陈建峰认为周铁过于主观，二人发生摩擦，此时接到电话得知倒汇人已醒。周铁请求陈建峰在齐木市张贴胡志军的通缉令，得到陈同意。

看到周铁认真翻看笔录不放过任何一条线索和他准备退休却抓不住胡志军(雷汉 饰)的遗憾心情，陈建峰坚定了要与周一起将抓捕胡志军进行到底的决心。胡志军回到菱江市，与妻子儿女享受着幸福的甜蜜，但他仍没有忘记赌博，这次却输得很惨，连老柴也跟着倒霉。

周铁回到都城写辞职报告，正赶上李丁申请调职。陈建峰来都城看望周铁，二人一起讨论抢劫案，看完案情报告，陈建峰也肯定胡志军作案的几率大大增加。

二人一同请教了著名的犯罪心理研究专家，进一步商讨胡志军(雷汉 饰)的案情。胡志军与老柴办事途中，总感觉有人跟踪，借口离开。刚回到家就有警察进行住户登记，他假装没听见门铃。胡志军最近一直疑神疑鬼，妻子发现他越来越不对劲，但并没有怀疑什么。

家里经济又近拮据，胡志军准备离家出走，在车站接到妻子电话，儿子生病住进医院。胡志军犹豫不决，欲走还留，最终准备托老柴帮忙。给老柴送钱途中，恰遇老柴被警察抓走，他立刻调转车头，快速离开。

周文再次苏醒，周铁夫妇却得知儿子恢复希望渺茫。陈建峰临走时鼓励周铁不要灰心。三年一晃而过，胡志军(雷汉 饰)放弃了离家出走的念头，继续享受家庭的甜蜜；而周铁一面仍在坚持跟儿子交流，一面在退休之前抓紧积累胡志军的更多材料。

在赌场，胡志军再次一败涂地，又被发现出老千，百般挣扎后承诺以20万还清欠款。为扭转局面，他想再次回到都城作案。周文虽然苏醒，却没能度过危险期，不幸离世，周铁夫妇悲痛欲绝。

尽管时间如流，二人却依然不能从失去儿子的痛苦中走出。周铁退休后，胡志军(雷汉 饰)再次回到都城的倒汇市场，以换钞为诱饵继续寻找目标。晚上听妻子说有人冒名给家中打电话，胡志军叮嘱妻子一定要注意自己和儿子的安全。胡志军进一步跟目标接触，以大笔交易为诱饵，约定第二天见面。

胡志军更换交易地点，趁倒汇人不备开枪将其打死，驾车脱离现场。令他吃惊的是，倒汇人并没有随身携带大量现金，一无所获之后胡志军决定坐火车离开。

陈建峰第一时间得知倒汇人被持枪抢劫的消息，马上联想到三年之前齐木市发生的类似案件，并迅速将此事通知周铁。抓捕胡志军(雷汉 饰)心切的周铁向局里申请得到批准，立刻赶往齐木市，胡志军回到菱江之后不断做噩梦，总感觉自己被抓，并为此与妻子发生再次争吵。

为解决经济上的困难，他再次来到赌场。陈建峰、周铁两位刑警队长焦急地等待着枪杀倒汇人案中留下的弹壳鉴定情况，果然此次的弹壳和8.16持枪抢劫杀人使用的手枪一样，警方判定此案必是胡志军所为。

胡志军(雷汉 饰)离开齐木市所乘火车上的列车员从通缉令上认出了胡志军，陈建峰调集警力追捕胡志军，可胡志军在半道的丰光小镇下车了，转乘汽车回到菱江市。周铁陈建峰赶到丰光小镇进行排查，却无功而返，陈建峰也认识到胡志军是个作案高手，一无所获的胡志军回到了菱江市，找到债主赌场的黑帮头目，胡志军来到黑帮头目宾馆，拔出枪准备杀他时，却不知黑帮头目早已布置好陷阱，黑帮头目并没有杀胡志军，而是要求他一月内还清20万元钱。

胡志军(雷汉 饰)回到家中，与姚佳商量搬家，打算逃离临江市。胡志军为了还钱，乔装打扮一番，又来到了齐木市。在一家租房公司的办公室住下，并在二手车市场购得一辆摩托车。零点汇报计划实施后，警察深入全市进行调查，警察来到租房公司做调查，可租房公司的副经理贪图小利没有向警察说出实情。

胡志军在倒汇市场又盯上了两个倒汇人，并跟踪到他们住所，研究好作案逃跑路线。胡志军然后买好火车票，准备作案后即刻逃离。

湖志军在倒汇人住所对面楼下等着一整夜，第二天倒汇人人终于出现，胡志军(雷汉 饰)终于等到机会开枪打伤了倒汇人，抢走了25万现金。周铁陈建峰得知案情，立即赶往现场，并命令封锁所有出城道路。胡志军作案后携款正欲乘火车离开，却发现有警察在检查。

于是他转乘出租车走高速公路，但是路上有警察盘查。走投无路的胡志军无奈地回到租房公司的住所。警方通过受伤的倒汇人提供的信息，了解到胡志军作案时骑的是红色摩托车。

不久警方找到了胡作案时留下的红色摩托车和装钱的纸袋，警方把摩托车带到二手车市场，摩托车先前的车主马上就认出了摩托车，并向警方透露出胡志军(雷汉 饰)就住在附近，于是陈建峰派人对二手车市场附近进行重点搜查。围笼中的胡志军在住处含着泪给姚佳打电话，绝望的他准备自杀，但是缺乏勇气，怀着侥幸心理，胡志军连夜离开了住处。

陈建峰、周铁终于想到了胡志军(雷汉 饰)可能的藏身地方——娱乐场所，于是又对全城的娱乐场所进行搜查。胡志军正躲在一家酒吧里，向两位酒吧小姐了解到她们老家边郊景镇。陈建峰周铁搜查到这家酒吧，胡志军立即从厕所窗户逃跑，来到了景镇。

警察通过对两位酒吧女的调查中，了解到胡志军可能去了景镇，于是在景镇进行搜捕行动，可是胡志军跟着旅游团坐火车离开了齐木市，胡志军又一次逃脱了警方的追捕。

一次次被胡志军(雷汉 饰)逃脱，陈建峰有些气馁，但是周铁依然坚信能抓到胡志军。胡志军回到菱江市后，把二十万元还给了赌场的黑帮头目，并决定举家搬到都城市去。周铁在办公室苦想着胡志军的去向，他突然发现胡志军在租房公司留下的一张明信片的画面是菱江市，而此前在都城胡志军住所留下的一张照片中，背景就是明信片上的画面。

直觉告诉周铁，胡志军(雷汉 饰)可能在菱江市，于是周铁只身一人来到菱江，陈建峰发现周铁去菱江后马上请命去支援他，并得到菱江市公安局的全力配合。周铁在街上巡查时，发现了一貌似胡志军的人，于是跑在商场里寻找，在商场休息厅，周铁判断他就是胡志军。

周铁打电话把情况告诉陈建峰，经过警方的户籍等调查，确认了胡志军的真正身份。周铁一直跟踪着胡志军寻找机会抓捕他。

在胡志军(雷汉 饰)家附近，他老婆姚佳回家了，而胡志军一个到幼儿园接孩子去了。警察在幼儿园和胡志军家附近都布控等待机会，周铁为了不伤及无辜，想抱走胡志军的小孩，这时，胡志军掏出枪指着周铁，并拿周铁做人质。胡志军被勇敢的周铁一肘打中，结果被警察逮捕了。

胡志军最终被周铁亲手抓住了，历时五年、辗转各地、挑战人性的极限追捕行动终于结束了。