某年冬天午夜，報案中心接到匿名電話，一輛EU前線衝鋒車被脅持，車內五名警員及武器裝備成為歹徒談判籌碼。不知是巧合還是意外，衝鋒車內被劫持的警員之一，竟是現任行動副處長李文彬獨子（彭于晏飾）。適逢警隊一哥（劉德華飾）外訪未返，下任處長選舉的兩大熱門：鷹派人物李文彬（梁家輝飾）與年輕的警長劉傑輝（郭富城飾）都開始大施拳腳。

 

李立即指揮營救，並將此次行動代號為「寒戰」。不料歹徒竟對警隊內部一切瞭若指掌、洞悉先機，警隊特種精英盡出，行動依然無功而返，同僚都開始懷疑他的決策，推舉劉傑輝接手整個行動。危急時刻，二虎相爭，劉毫不示弱，不同於李的激進手法，他選擇主動與歹徒溝通，並答應交付贖金。

 

整個交付贖金過程中，劉設法讓贖金留下線索，以便追查罪犯蹤跡。豈料道高一尺，魔高一丈，劉非但找不到罪犯蹤跡，還讓巨額贖金遺失，且跟劉出生入死的同袍徐永基（錢嘉樂飾）更在交收贖金過程中殉職。劉內疚不已，香港警隊陷入前所未有的危機與威脅。整場行動令庫房鎖失八千萬現金，兩位警員殉職。事件不但驚動了政府內部，還驚動廉政公署。

 

因廉署收到匿名人士舉報，懷疑兩位副處長之中，有一人在此危急關頭以權謀私。香港的安全暫態淪陷，警隊及香港的管治漏洞被抖出，威脅直逼警隊內部，矛頭直指警隊高層。原來，香港被稱為「最安全的城市」的原因，只是未遇上真正的敵人！「寒戰」是警隊最艱難的一役，卻也是黑暗勢力最完美的一戰。