黄飞红(李连杰饰)是一名将要退休的员警,曾经勇猛的他为了能顺利退休,想尽办法远离是非和麻烦。偏偏事与愿违,上司Angela(陈妍希饰)将冒失冲动的王不二(文章饰)分配给黄飞红做搭档。第一次搭档,在非法交易现场埋伏,阴差阳错放过了嫌疑人,和突然出现的逃犯陈虎(邹兆龙饰)大打出手,破坏了原本行动计画,被上级狠狠训斥一番。
接着,三人接手了棘手的“微笑离奇杀人事件”,所有死者脸上都带有诡异的神秘微笑。查案过程中黄飞红和王不二遭遇各种险情:潜入死者家搜集证据时和保险调查员(吴京饰)大打出手;怀疑演员刘金水(刘诗诗饰)是情杀凶手,在电影拍摄现场抓获正在拍摄动作戏扮演杀手的刘金水,又怀疑性感的保险销售戴依依(柳岩饰)为了巨额保险谋杀受害者。而刘金水和戴依依最终都有不在场证据,凶手却另有其人 [2] 。
本片透过小孩铁头的眼光,反映了自1953年至1967年的大陆历次政治运动。女主人公是铁头的母亲陈树娟,一生际遇坎坷。第一任丈夫被错划为右派,在北方劳改时被倒下来的大树压死。李国栋因为一直觉得愧对于铁头母子,决定照顾他们,成了树娟第二任丈夫,但在大跃进后期的大荒积劳成疾,营养不良致死。第三任丈夫是老干部,家境优越,铁头母子刚过上两天好日子,就爆发了文革,老吴(第三任丈夫)在文革中被造反派批斗致死,树娟也被划成反革命分子。