1997年的某個夜晚，接近零點時分，一群年輕人在熱鬧非凡的舞廳內盡情狂歡，汗水淋漓。突然，舞廳音樂戛然而止，鄭北率領刑警隊伍悄然潛入，不料被吸毒人耗子認出，隨即陷入一場以一敵多的激烈搏斗，最終將涉案人員全部制服，并簡短詢問后押送歸案。
另一邊的東北哈嵐市，哈嵐火車站距離午夜十二點還有四十分鐘，一輛小汽車上坐著兩名光頭漢，很快迎來了一位年輕男子。僅僅過了四十七分鐘，情況突變：一名光頭漢緊抓著窗沿就要墜樓，另一名光頭漢在房間與男子打得不可開交，渾身是傷，最終被男子連刺數刀身亡。
等到鄭北帶人歸案已是下半夜，局里突然接到人命案，立刻驅車趕往哈嵐東北鐵玻璃廠。宿舍樓內雜亂不堪，滿地污血，空氣中彌漫著濃重的血腥氣息，鄭北檢查了現場，確認是惡性殺人，兇手逃逸，絕非小案件。
此刻，在粵東省的花洲市，警校生顧一燃正面臨人生的抉擇。陳老師希望他能像父親畢業后留校任教。然而，顧一燃心中尚未有定數，正當他猶豫不決之際，意外發現姐姐曉曉慘死家中，遺體遍布針眼，死不瞑目，顯然因吸毒過量而離世。顧一燃通過父親得知曉曉近期與社會青年黃家輝交往密切，遂果斷報警，警方迅速將黃家輝緝拿歸案。
大案一隊的偵查工作緊鑼密鼓地展開，連夜梳理案件線索，發現兩名死者均為玻璃廠的保安，且為親兄弟，哥哥宋武身中數刀，弟弟宋文則墜樓身亡。報案人姜小海在警局接受鄭北詢問時神色慌張，回想案發仍心有余悸，更是在離開警局時神態復雜，腦海閃過一個畫面，那就是他親眼看著宋文被摔死。
針對黃家輝的審訊陷入僵局，盡管他明顯處于吸毒狀態，但常規檢測卻未能明確其毒品種類。警方推測，黃家輝可能接觸到了新型合成毒品——冰毒，其毒性之強，遠超一般毒品。顧一燃故意挑釁以激怒黃家輝，使其對警察動手，從而以尋釁滋事為由延長其拘留時間。
顧父深知當前技術條件的局限，但他對兒子充滿信心，相信顧一燃定能揭開迷霧。果不其然，顧一燃不負眾望，取得關鍵性進展。此刻哈嵐市局法醫在宋文衣物中發現疑似冰毒的物質，鄭北順勢分析，此案殺人動機八成是吸毒致幻，或者是分贓不均導致惡性沖突。
隨著調查的深入，警方在黃家輝的住處查獲大量冰毒，成功搗毀了毒品窩點。顧一燃后悔小時候沒有保護好媽媽，現在更沒有保護好姐姐。鄭北迅速將案情上報給局長高林聲，經上級領導們集中討論后，認為案件性質嚴重，決定成立專案組，委派刑偵經驗豐富的鄭北作為隊長。
鄭北認為想要成立專案組，除了有趙曉光還不夠，需引入技術型專家和實戰高手以增強實力。不久，專案組迎來了第一位成員——丁國柱，他雖外表魁梧，實則是一位精通痕跡檢驗的刑事技術專家。此外，鄭北還特邀了全國散打冠軍張雪瑤加入，她的加入無疑為專案組增添強大的武力支持。
高林聲打算邀請花洲警校的顧教授參與專案組，但顧教授因故無法過來，鄭北覺得沒必要讓化學老師參與其中。在高林聲的堅持下，鄭北只好親自前往花洲請顧教授，意外顧教授竟是年紀輕輕的顧一燃。原來，顧一燃受姐姐曉曉事件的影響，毅然決然留校任教，并向學校申請建立實驗室，專注于新型毒品的研究。
鄭北抵達花洲警校研究所，一見到顧一燃年輕的臉龐，頓時愣住，一時語塞。得知顧一燃竟比自己年輕兩歲，不禁贊嘆其年輕有為。反觀顧一燃態度客氣中透露出疏遠，婉拒參與哈嵐冰毒大案的偵破工作，簡短交談后便匆匆離開忙著工作。
原本鄭北并未打算邀請專家介入，正致電高林聲匯報并準備返回哈嵐。但趙廳長因案件需要，特地從省里調集了全套化學設備，高林聲因此向鄭北發出明確指示：務必請這位毒品化學專家加入，否則不予批準返回哈嵐。
當年顧一燃曾解析冰毒配方，鄭北則成功繳獲一包冰毒晶體，這段經歷注定兩人今日的相遇。如今顧一燃已褪去青澀，成熟干練，不再像以往沉默寡言，而是言笑晏晏，顯得親切又溫和，卻是拒人于千里之外。
盡管鄭北心不甘情不愿，采取了“圍追堵截”的策略：早上堵晨練，中午堵食堂，晚上堵下班，甚至在顧一燃操場慢跑時，也堅持陪跑并旁若無人地發表見解，力求打動顧一燃加入專案組。顧一燃始終保持假笑男孩的模樣，言語間溫和有禮，但在加入專案組的問題上態度堅決，毫不松口。
最終，鄭北將冰毒案件資料交給顧一燃，表示自己即將返回哈嵐，希望他能認真考慮。顧一燃仔細翻閱資料，腦海中閃過往昔案件的片段，隨即毅然決定收拾行囊，與鄭北一同飛往東北。
抵達東北后，面對截然不同的氣候，作為地道南方人的顧一燃立刻打起了噴嚏。鄭北見狀，立刻駕駛自家的小型貨車，親自送顧一燃去警局報到。途中，鄭北難掩好奇，詢問顧一燃改變主意的原因，顧一燃只是含糊其辭，稱是學校領導安排他前來協助工作。
來到警局后，鄭北熱情給顧一燃介紹專案組，沒想到趙曉光他們居然把老破荒廢的第一食堂改成專案組，令他覺得有些丟臉。此時熊哥從門外進來，帶著大家去見了高林聲，可高林聲以為鄭北沒有請來顧一燃，早早就退了招待所，讓他想辦法給顧一燃安排住處。
大案隊追查半年的毒販子終于有了動靜，對方計劃在今天交易，而且這次的謝老板和當年小白樓慘案都是來自粵東。鄭北通知大家盡快化妝偵查，唯獨留下顧一燃，但顧一燃堅持參與抓捕行動。
鄭北在車里交代線人耗子爭取好這次立功的機會，并通過他得知謝老板比較好色。隨后鄭北喬裝交易商，跟著耗子來到芭提雅度假大酒店，因事先跟顧一燃學了幾句地道的白話，很快打消了謝老板的懷疑。謝老板找來兩個女人要慶祝下，鄭北故意亮出手里的珠子，謊稱辦大事之前不碰女人。
同一時間里，顧一燃等人坐在外面車里，通過竊聽器獲取談話內容。鄭北發現謝老板的房間里居然藏有一顆手榴彈，顧一燃趕緊通知趙曉光和張雪瑤注意提防，而鄭北則是隨機應變，假裝是對這個玩意很感興趣，提出要花錢買下來。
謝老板告訴鄭北，他們走夜路的人必須要靠這些東西防身，保命的家伙不能賣。鄭北并未強求，等著謝老板的手下鐵頭取來第二批貨，一手給錢一手拿貨，雙方合作達成。竊聽器里，鄭北要帶謝老板感受當地洗浴文化，顧一燃聽到鄭北說了自己教的“靈魂出竅”，忍不住勾起嘴角。
1980年漫天大雪，一望無際，鄭北一邊往前摸索，一邊喊著“樂樂”的名字，最終陷入昏迷。待鄭北再次醒來，雙眼蒙著紗布無法視明，被母親告知患有雪盲癥，需要修養一段時間，但是鄭北因失去樂樂感到難過，直至多年后成為警察。
鄭北假扮燈頭被謝老板識破，顧一燃猜到鄭北有危險，立刻帶人趕了過去。謝老板開槍并丟手榴彈，幸好鄭北及時躲起來，并未受到嚴重的傷。就在這個時候，專案組眾人前來支援，謝老板想要趁機偷襲顧一燃，得虧鄭北及時發現救了他，成功抓住了謝老板。
一切安頓妥當后，鄭北進行了簡單包扎，好奇顧一燃是如何發現自己露餡。顧一燃表示吸毒只有零次和無數次，對于常年吸毒的人，絕對不會像鄭北這么痛快拒絕吸食，鄭北經過這件事對他有了很大改觀。
刑警大隊前隊長辛鐵鋼聽到鄭北受傷，火急火燎地帶著東西過來探望，并直言從今天開始就負責專案組的后勤工作。辛鐵鋼是鄭北的師父，本來應該是提前退休，非要重新回來給年輕人提供幫助。
顧一燃知道專案組成員對于毒品成分了解甚少，便決定要給他們上課，分析那包冰毒的成分和特性。但是大家沒把顧一燃放在眼里，顧一燃倒是絲毫不介意，鄭北答應會安排上課。隨后，辛鐵鋼做好一大盆豬肉燉粉條，起初顧一燃有些震驚，吃到后面越來越開胃，連續吃了三大碗，其強大的胃口讓這群東北糙漢漲了見識。
吃完飯以后，鄭北宣布他們將正式接手小白樓冰毒案，安排丁國柱和張雪瑤負責走訪調查，趙曉光也有重要工作在身，唯獨顧一燃像是閑人般待在專案組里。翌日，小白樓兇殺案開始進入正式調查階段。
鄭北帶著趙曉光找到兇手乘坐的火車，一般來講車上有專門的乘警巡邏，但那班列車上卻無人對兇手有印象。鄭北不動聲色地打量著男乘警的手表，聽他講了些情況，臨走時交代趙曉光派人盯著這個乘警。
回去的路上，趙曉光不滿顧一燃總對大家指手畫腳，建議想個辦法把他攆走。鄭北沒有答應，并表示顧一燃的出現是補足警局某些方面不足，畢竟新型毒品越來越多，他們沒有專門的禁毒隊伍，警校也沒有相關專業，倘若真碰到大型的販毒組織恐怕都搞不明白，所以顧一燃對于專案組非常重要。
當天顧一燃給專案組成員們講課科普，可惜一番操作后，幾位刑警已經是瞌睡連連。鄭北見狀就宣布趕緊收工，考慮顧一燃目前沒有住處，便先帶著他回到家里休息。隨后鄭北和趙曉光帶著顧一燃去父母經營的飯店，品嘗了最為有名的大雞架。
老兩口熱情招待，令顧一燃感到很溫馨，并見到了鄭北的妹妹鄭南。因為鄭南最喜歡香港明星，得知顧一燃是粵東人，長得帥又會講粵語，忍不住泛起了花癡。趙曉光看到后醋意大發，他與鄭南從小一起長大，心中早就對她產生情愫，鄭南卻毫無察覺。
鄭南知道大哥需要有一部手機跟人聯絡，正好工作的老板娘要換新手機，她便以低價格買了下來送給鄭北，讓鄭北高興又感動。另一邊，小白樓冰毒案的兇手出現在小賣部外面打電話，向電話里的人透露這里黑吃黑，而他的手腕受了嚴重的刀傷，臨走時血液滴在電話上。