1942年10月10日，汪伪政权举行了盛大的国民政府庆典。然而，一系列的军政要员遇刺事件，让身为特务处长王田香（王志文饰）如坐针毡。在对女刺客（刘威葳饰）的酷刑审问中，他获得了一条关键的情报——代号为老鬼的地下党已经混入了剿匪司令部。立功心切的王田香立刻向日本皇军特务机关长武田（黄晓明饰）做了汇报。二人随即在裘庄布下了一个圈套，意图通过放出假消息逼老鬼现身。在被怀疑的对象中，有司令的侍从官白小年（苏有朋饰）、军机处长金生火（英达饰）、剿匪大队长吴志国（张涵予饰）、译电组组长李宁玉（李冰冰饰）以及行政收发专员顾晓梦（周迅饰）。在怀疑与排查中，武田与王田香不择手段软硬兼施，然而事情的发展却出乎意料……

由于两年前揭发同僚贪污，台北警官黄火土（梁家辉）被上级报复调入冷门的外事组工作，利益也曾连带受损的新同事对他怒言相向，加上妻子清芳（刘若英）受不了他长期不回家要求离婚，黄火土感觉他的世界正在逐渐四分五裂。就在此时，三宗受害者的身份并无关联的震惊了台湾社会的离奇命案发生，法医（杨贵媚）验尸发现他们都是因中一种神秘的黑霉菌产生幻觉而死，因为缺乏此方面的人才，当局从美国请来此种案例的侦办专家凯文莱特（David Morse）协助破案，黄火土重被任用。随着一桩令所有人都目瞪口呆的事实的被发现，一场围绕政治利益与民众利益的斗争也在黄火土和办案伙伴李丰博（戴立忍）及整个警察队伍之间展开。