一九八八年，宁江市发生多起连环杀人案，死者皆为年轻女性，生前遭受侵犯，致命伤乃是利器切割喉部。结合这些案件的共同点，凶手喜欢在居民区或者矿场附近的偏僻地点作案，时间选择在雨夜或者大雨之前，以此来掩盖作案痕迹。
然而目前警方能够掌握的有效信息就是凶手疑似左撇子，手法残忍及熟练，令人毛骨悚然，闹得全市人心惶惶。卫国平才来警队就面临这么大案子，出警勘查险些闹了笑话，所幸尚有师兄陈山河维护，只不过他二人都是电机厂工人出身，难免会遭某些警察同僚嘲笑，自然而然落得个“保卫科双雄”的戏称。
师兄弟回家陪师父吃饭，师父陈有贵主动提及此案，担心凶手会盯上厂区南边的废料堆。陈山河觉得问题不大，除非今晚下雨，果然话音刚落，屋外雷声大作，暴雨倾盆。卫国平和陈山河意识到不妙，当即披好雨衣出门分头巡逻，正巧发现凶手对一名女子实施侵犯。
女子呼救声吸引来卫国平，凶手不得不终止作案逃跑，陈山河紧追不舍，一直追到数十米高的铁架。最终陈山河被凶手割喉，重伤倒地不起，等到卫国平匆忙赶来，他已经彻底断了气，凶手下落不明。
转眼时间来到九六年，自事发之后迄今已有八年，卫国平从警员升任刑侦三大队队长，更因雷霆办案获得卫无期的外号，源于他所经手的案件都从无期徒刑起跳。纵然如此，卫国平仍有一桩陈年心结未解，凶手在九二年销声匿迹，可他始终耿耿于怀，经常待在档案室里查看卷宗，不放过任何蛛丝马迹。
三队收到消息有一伙广东人要来宁江犯案，具体情况尚且不明，卫国平和副队长刘顺奎带着队员们前往游戏厅调查，老板孟三做贼心虚，本想要逃之夭夭，结果被他们逮个正着。在卫国平的审问下，孟三交代出交易地点。
随后卫国平等人行动之前没有向局里汇报，擅作主张去跟买家碰面，本以为能一网打尽，可当卫国平来到饭店包厢，发现所谓买家竟是四大队队长宋哲乔装假扮。也正因三队和四队闹得这么一出乌龙，自然而然打草惊蛇，宋哲生气指责卫国平没有事先汇报，卫国平也是不甘示弱地回怼，两队之间的矛盾有增无减。
宝华集团董事长兼总经理聂宝华听到风声后，私下里喊来金沙酒吧老板赵刚，表面是对他小惩大诫，实则让他掏光家底。无论赵刚如何心不甘情不愿，都得忍气吞声地接受聂宝华的安排，心里默默发誓要报复回去。
副局长顾卫东带着卫国平泡温泉，还不忘批评对方擅自行动。然而卫国平油嘴滑舌，令他这个做师父都无可奈何，还要操心徒弟尽快找个女朋友解决终身大事。卫国平满脑子都想着侦破“八八杀人案”，整天早出晚归不见人影，已经无法像正常人生活，还患有失眠症，也就打消结婚念头，省得祸害人家女孩。
顾卫东劝说卫国平应该往前看，无论生活还是工作都要分清主次，所以催促卫国平赶紧整理好八八案的材料进行移交。卫国平果断拒绝，生要见人死要见尸，气得顾卫东惩罚他去看守水库。
这天夜里，顾卫东照常来录像厅观看录像，学习国外先进的侦察技术。与此同时，一名年轻女孩下班往家走，进入小巷被陌生男人跟踪，等她好不容易挣脱跑回家里，岂料男人居然站在窗前，露出一双可怕且凶狠的眼睛。
卫国平全神贯注地记录刑侦知识，房间灯泡忽然熄灭，一片漆黑，不得不起身往外走，循着光看见咖啡厅老板聂小雨端着长寿面和蜡烛，录音机播放着生日歌。原本聂小雨想借着生日的机会向卫国平表白，岂料卫国平端起长寿面回到房间继续看录像，对于她的爱意视若无睹。
爱而不得的聂小雨大发脾气，觉得卫国平嫌弃自己脏，想到这里伤心落泪。卫国平心情复杂，恍然想起八年前雨夜救下聂小雨的一幕，凶手一日没有落网，他便一日不能成家，这种责任感让他不愿正视内心感情。
后半夜雨雪未歇，小雅回家时发现有人尾随，急忙拦下一辆出租车，观察身后男人身影消失在胡同口，这才算松了口气。正当小雅放松警惕之时，陌生男人突然冲出来，直至次日清晨，一袋袋东西被丢进了垃圾场。
一天之内接连发生两起碎尸案，死者没有完整尸体，全是经过高温蒸煮的人体组织，大大小小的碎块被抛入不同垃圾桶。也正因无法辨认死者身份，法医只能通过牙齿等判断年龄大约二十到二十五岁之间，凶手显然是预谋已久的作案惯犯。
由于大量碎尸没有找到，卫国平向辖区派出所所长包维强打听附近垃圾场，又安排人手追查凶手下落，格外注意当夜巡班民警是否有留意可疑之人。顾卫东将这件案子交给三队负责，至于四队便是翻垃圾找线索，卫国平察觉有一道目光投来，当他回头看向围观群众，一名戴着帽子的黑衣男子转身离开。
距离发现尸块过去一小时五十分钟，省里领导对此高度重视，局长廖连良立刻召开专案会议，邀请省警校刑侦专家吴克参与探讨。吴克故意点名卫国平回答问题，卫国平丝毫不露怯，平静回应对于这起案件的看法和侦查方向。
宋哲持有相反观点，从而得到吴克的默许。目前局里能够动用的人员不到两百人，宋哲提出要拉网排查，至少需要大量警力放在哨卡检查过往车辆，仅剩寥寥数人留给三队。卫国平满肚子怒火无处发泄，尤其听完这些所谓的领导的“精辟发言”，直接表态自己干脆捡芝麻，说完摔门离开会议室，带着刘顺奎等人驱车前往垃圾场。
可当负责看守的管理员打开大门时，卫国平看得眼睛都直了，十几座垃圾山映入眼帘，光凭他们五人从这些垃圾里翻找尸块，简直是难如登天。幸好陈有贵带来电机厂的工人们帮忙，卫国平很是感激，事先向大家说明此次寻找与案件有关的尸块，倘若有人害怕忌讳可以退出，结果没有一个人想要退出。
随着专案会议结束，廖连良单独找来顾卫东，埋怨卫国平居然公开跟领导叫板，肯定会给省里造成不好的印象。顾卫东知道徒弟的性子，可相较于宋哲没有主见且优柔寡断，他更喜欢卫国平做事雷厉风行。
卫国平看着大家毫无循序地翻找垃圾，新垃圾和旧垃圾混合影响进度，忽然心生一计，便让他们先把距离门口最近的垃圾堆清理出来，然后送往早已废弃的印刷厂大院，如此就能彻底区分好垃圾堆。果然有人找到装有大量长头发的包裹，卫国平立刻派人联系技术科查验。
此时江王庙派出所传来消息，一位值班巡警在案发当天看到可疑男子骑车经过，车上放着几袋东西和一个桶。也正因是下雨的缘故，巡警没有看清男子长相，只能提供他的行踪。卫国平带着徒弟汤志远骑车模拟案发之时凶手的行进方向，准确调整路线和方向，终于找到一处比较偏僻的树林，并且在下水道发现可疑物。
一九九六年二月二十六日，距离发现尸块已经过去七小时，卫国平和汤志远通过桶状痕迹找到排水渠，并且从下面摸索出装有人体器脏组织的编织袋，以及高温蒸煮后的女性头颅。汤志远头一次看见这种场面，吓得浑身瑟瑟发抖，顾卫东亲自给他披上外套，安慰他学会勇敢为死者讨回公道。
此刻天彻底黑透，垃圾运转站里的众人继续翻找可疑线索，电机厂工人小周听闻警方统计失踪人员名单，便寻思要向卫国平反映情况，结果被陈有贵阻拦。说话间，有人找到一包肌肉及皮肤组织，技术人员检查后确认死者生前遭受割喉。
卫国平忽然想起八八案凶手，猜测碎尸案与他有关。偏巧又有人发现名酒和螃蟹，种种线索指向富人居住的幸福里小区，卫国平通知汤志远赶紧去了解情况，或许小区住户都有可能见过凶手。
目前警方掌握三个抛尸地点，分别是四坡路、豆芽桥和江王庙，宋哲依照理论结合地点分析凶手所在范围，可问题是地点跨越较大，很难锁定具体位置。吴克多次为宋哲解围，奈何宋哲表现平平，令顾卫东很不满意。
关键时刻，垃圾转运站传来新线索，宋哲如获至宝般，激动且迅速地分析出凶手方位。吴克对宋哲赞不绝口，建议尽快缩小侦查范围，顾卫东默认可行方案，命令众人集中排查福安里附近。
卫国平查看失踪人员名单时，留意到一位名为高秀莲的女性，此人乃是电机厂工会主席，本来已经登记失踪人口，可没几天又被家属销案，原因是工厂改制，聂宝华经常派人来闹，厂长为避免节外生枝平息此事。
但是根据小周透露，高秀莲对聂宝华等人态度非常强硬，他还看到虎子曾在高秀莲失踪当晚出现过，骑着一辆凶手同款的摩托车。而在另一边，赵刚与黑老大们内讧，孟三的马仔陈浩瀚忠心护主，举起酒瓶子砸向赵刚脑袋。
正当赵刚准备教训陈浩瀚之时，卫国平突然出现阻止这场闹剧，意外得知陈浩瀚就是陈山河的亲弟弟。卫国平单独盘查赵刚，逼他交代虎子的下落，临走时还不忘警告他若是泄密后果自负。
来到美高美舞厅后，卫国平凭靠敏锐的刑侦能力，迅速找出虎子藏身之处。虎子劫持人质夺路而逃，卫国平等人紧追其后，期间虎子高处坠落重伤，他们也在天台成功解救绑架案受害人高秀莲。如此看来，虎子与碎尸案毫无关系，高秀莲送往医院救治，案件移交所属分局刑警队立案调查。
聂宝华的情妇宝丽收到消息后，第一时间来找聂宝华，要求他救出弟弟虎子，否则就要找人干掉卫国平。然而聂宝华闻言变色，厉声警告宝丽绝不能碰卫国平，且不论妹妹聂小雨喜欢这个人，只要是没有掌握住电机厂的主动权之前，必须要杜绝任何不利因素。
赵刚记恨上次用啤酒瓶砸自己脑袋的马仔，对外放话抓到他砍掉一只手，卫国平为能保住陈浩瀚，不得不主动联系聂小雨帮忙。聂小雨空手夺刃救下陈浩瀚，奈何陈浩瀚丝毫不领情，来到派出所对卫国平破口大骂，认为他与哥哥的死脱不了干系。
随着搜索阶段进入尾声，顾卫东再次召开专案会议，各队汇报调查进展。卫国平坚持认为凶手极有可能与八八案凶手是同一人，大胆设想他是借着碎尸为由掩盖割喉手段，怎知吴克居然驳回卫国平的论点，抨击他硬是把两件案子扯上关系太过牵强，带有主观色彩影响推断不该采纳。