千禧年的海舟市，正逢春紅柳綠。隨著假期臨至，夏木回到寄住家里，百無聊賴地打開動畫片，耳朵卻習慣性地留意著身后的動靜。老師夏金蘭談了戀愛，已然進展到談婚論嫁，可她顧及夏木的想法，遲遲未做決定。
此時客廳里的夏木心不在焉，雙眼就像掃描儀般，由近及遠地看向夏金蘭，視線落在她緊攥的鉆戒盒子。從出生到現在，夏木在這棟老樓生活七個年頭，熟悉這里的一切，也熟悉老師需要愛情，應該擁有屬于自己的家庭，而他的存在，便像是一層氣膜，始終橫亙在兩人之間。
談話終止后，夏木立刻收回視線和思緒，且在夏金蘭的嘮叨下，賭氣調換電視頻道，一則尾隨入室殺人案件映入眼簾，并未引起他們的注意。電話鈴聲響起，夏金蘭接聽時明顯帶著情緒，只言片語間，不難透露對方是個男人，還是個站在樓下公共電話旁邊的男人，一身深色工裝，戴著口罩，看不清長相。
趁著夏金蘭外出買魚之時，夏木匆忙跑到陽臺處觀察，確定她進入菜市場，這才返回房間拿走鉆戒，獨自跑到廢棄閣樓發呆。夏金蘭早已習慣夏木的孤僻性子，也沒有太在意，正當她拿出鑰匙開門，豈料那個穿著深色工裝的男人走進樓道，同樣面戴口罩，唯獨白色手套格外干凈。
男人猝不及防地轉身，迅速將針管插進夏金蘭的脖子，塑料袋應聲落地，一條青色鯉魚從編織袋蹦了出來，大口地呼吸著空氣。反觀屋內，夏金蘭失去生命特征，露出詭異微笑，尸體正被男人拖到客廳中央，長方形鐘表擺在旁邊，一陣急促又很規律的滴答聲，時至正午四十分。
數個小時之前，冷小兵懷揣熱血來到警局，如今作為重案組新人的他，已在后勤干滿整整一年。當初師父陳大明答應會讓冷小兵碰大案，為了慶祝這個激動人心的日子，冷小兵一時心血來潮，竟讓法醫老顧給自己拍張照片，結果引起大家的圍觀哄笑。
陳大明信守承諾，拿出一份塵封十年的舊案，也是海舟市近年最大的連環殺人案件，所有遇害者皆為年輕的單身女性，死狀神情愉悅，現場也沒有發現任何可疑指紋以及毛發等線索。根據陳大明的講述，前兩起案件間隔時間長達三到四年，可是第三起和第四起之間卻只相隔一天。因為時間上沒有規律可循，唯一相同之處，便是兇手先用麻醉劑和肌松藥控制住受害人，然后以割腕的殘忍方式將其殺害。
當天西郊突發碎尸案，本來冷小兵想跟師兄高鵬出警，奈何遭到拒絕，反被對方奚落。李嵐為了安慰冷小兵，于是將自己崇拜的偶像狄仁杰卡圖送給他，當作是護身符。一通神秘的報警電話打來，聲稱紅光路印刷廠小區發生命案，除此以外，報警人不再透露任何信息，也沒有告知具體樓棟門牌號，所以冷小兵和李嵐只能分頭尋找。
此刻兇手正對夏金蘭的尸體拍照，縱然聽到警車聲，依舊是不慌不忙地收拾著現場。冷小兵一路追查到夏金蘭家，由于太過緊張的緣故，面對兇手遲遲沒有開槍，反倒被對方用刀捅傷，花盆砸暈。夏木躲在閣樓內，透過門縫目睹全程，包括兇手在逃跑時遇見李嵐，兩人扭打在一起，很快以李嵐慘死落幕。
接到報警后，陳大明和高鵬火速趕來，推測報案電話是兇手有意而為，并且在公用電話和張貼的通告上，找到一枚相同指紋，再加上電話亭老板的描述，基本可以確定兇手身高大約在一米八左右，右手有明顯燙疤。
在醫院養傷的冷小兵陷入痛苦自責，憑著記憶畫出金色長方形的老式鬧鐘，分析兇手每次殺人都會將鬧鐘放在死者面前，目的是讓死者親眼看著自己的生命流逝，屬于極其變態的犯罪心理。而在另一邊，夏木沉默不言地盯著冷小兵，目光透著恨意，這讓冷小兵格外覺得不適。
刑警隊走訪附近居民，向大家描述兇手特征時，恰巧被來取照片的女學生沈雨聽到，不由愣在原地，主動索要一張有關于兇手的通告。經過法醫鑒定和比對，現場除了李嵐和夏金蘭的血樣，再無其他線索，兇手一如既往地干凈利落，不留痕跡。
當天晚上，馮小兵來到醫院探望夏木，依舊無法彌補對于他的傷害。年幼的夏木，尚且知道警察出于防衛應該擊斃兇手，反問馮小兵為何放走壞人。之后面對上級調查，馮小兵解釋自己來不及反應，刻意隱瞞了重要細節。
一場突如其來的命案，不僅牽扯出長達十年的連環兇手，甚至導致李嵐的犧牲。夏父出面將夏木接走，陳大明也引咎辭去重案隊隊長一職，臨走前叮囑馮小兵無論遇到多大的麻煩，都要追查下去，永不放棄。
肩負著師父的重托，馮小兵真正意識到自己的職責，那張貼在小區公告欄上的通告，日復一日，經風吹雨打，隨著時間泛黃。轉眼十七年過去，已是二零一七年初秋，冷小兵成為重案組隊長，而長大成人的夏木也來到警局門口。
二零一六年三月，師父陳大明患病去世，冷小兵因為一起案件而遲到，等他抵達陵園時，師娘已在其他警員的攙扶下離開。如今上級向市局下達明確指令，決定將海舟案移交回省廳調查，但是在冷小兵看來，時隔二十七年的迷霧尚未撥開，只要一日未見光明，他便多一日負罪感，永遠追查下去。
可惜到現在為止，海舟案依舊是個深不見底的窟窿，吞噬著每個人的希望，還會讓人對這種不可預知的黑暗感到迷茫且恐慌。陳大明臨終之前尚有遺憾，后悔不該將冷小兵牽扯進來，于是便將冷小兵托付給高鵬，希望他能盡快幫助師弟走出陰影。
原本高鵬認為冷小兵不再接觸海舟案，一切交給時間便可，直到夏木的出現，宛如一顆石子拋向大海，便不再是風平浪靜。夏木以優秀成績從警校畢業，深受省廳刑偵周處長的賞識，按理說應該會有更好選擇，可他偏要申請調到市局重案組。
因為夏木的堅持，引起了高鵬的懷疑，正要去找冷小兵商量，怎料冷小兵接到報警，急急忙忙打斷高鵬要說的話，順便帶上夏木前往案發現場。死者馬煜在當地儀表廠工作，人際關系較為簡單，經常會去森林公園爬山。
根據警方初步推斷，馬煜死于機械性窒息，頸部勒痕明顯，生前遭人電擊，時間大概是在昨天夜里。現場僅有兩處腳印，除了死者以外，另外一處腳印為三十九碼，說明兇手極有可能是女性。
起初冷小兵認定為情殺所致，怎料夏木卻對此案有不同看法，憑靠馬煜死狀分析兇手作案心理，更多偏向于仇殺的可能性，甚至想通過這種方式讓死者為某件事情道歉，在實施之前就精心部署。
夏木思維縝密，推理得頭頭是道，很快贏得冷小兵的好感，邀請他上車一起回警隊。然而在半路得知夏木的身份，冷小兵大為詫異，急忙跑去質問高鵬，賭氣辭去隊長。高鵬同樣感到惱火，忍不住將他訓斥一番，倘若夏木當真是帶著仇恨回來調查海舟案，更應該將對方留在重案組，以便于監視。
警方傳喚死者妻子來做筆錄，夏木趁機與小男孩聊天，通過他得知馬煜生前有個很大的登山包。可在案發現場，警方并未找到此包，反倒是馬太太神色舉止反常，引起冷小兵的懷疑。待家屬離開后，夏木跟著冷小兵來到驗尸房，看著法醫解剖尸體的畫面，忽然感覺不適，眼前浮現出夏金蘭慘死的片段，甚至出現幻覺，靠著服用藥物才逐漸平復。
到了下班之后，冷小兵以順道為由，開車送夏木回家，發現他竟住在印刷廠家屬院，心里有些不是滋味。夏木改變主意，提出要去老廠區看看，此時的老廠區早已荒廢，象征著十七年光陰如梭，物是人非。盡管過去那么久，夏木依然想不通冷小兵為何遲遲未對兇手開槍，如果開了槍，或許夏金蘭不會死，正因當時沒開槍，他才好奇夏金蘭死得是否痛苦。
當天晚上，冷小兵給高鵬打電話匯報進展，表示夏木暫且看似沒有任何問題，僅問了一個令他良心備受譴責的問題。冷小兵向夏木隱瞞了夏金蘭的真正死因，他知道夏金蘭并非當場斃命，而是飽受割腕放血的痛苦煎熬，在長達十幾分鐘里，眼睜睜感受著死亡的滋味。
而在另一邊，高鵬坐在辦公室里沉思，反復回想著師父的臨終囑托，正陷入兩難遲疑，忽然接到秦局的電話，得知省廳針對于命案必破的綱領，準備重啟積案展開調查，給所有老百姓和死者家屬一個滿意的答復。
趁著這次機會，高鵬主動申請成立專案組。與此同時，冷小兵像是下定決心般，拾起斧頭砸開書房的門鎖，書房里全是他近些年所收集的各種線索。反觀夏木獨自回到家中，白板上一張地圖，幾位受害者名字，不約而同地引導著三個人作出選擇，仿佛一股無形的力量，默默洞察著他們的靈魂和思想。
案情進展陷入僵局，正當大家對此一籌莫展之時，夏木通過案發現場的小碼運動鞋足跡，判斷除了死者以外，還有另外兩人的存在，只因其中一人的左腳發力明顯。因為夏木的觀點，眾人重新將目光投射到白板上，看著他用馬克筆專心致志地做著標注，同時附帶講述。
結果正像夏木所推測，警方在現場附近發現大量白骨。挖掘工作一直持續到深夜，簡單清理掉骨頭泥土，并且依次排開，基本可以證實馬煜本人喜歡殘忍虐待動物，每周來森林公園并非是為爬山，而是拋尸。
如此看來，也就能解釋馬煜遇害時，被兇手擺成跪姿的原因，其實是讓他為這些動物贖罪。冷小兵和夏木來到馬煜家里，終在電腦里找到多達上百部的錄制視頻，大部分都是有主人的寵物貓狗。盡管馬太太作為知情人，可是礙于馬煜的威脅暴力，遲遲不敢向警方告發。
回到警隊后，冷小兵讓夏木去趟檔案室，調取近五年來關于動物失蹤的案子，猜測兇手或許就是寵物貓狗的主人。夏木在翻查案件卷宗時，忽然遇到來拿卷宗的警員，通過攀談得知海舟案將要重啟。
而在另一邊，馬煜電腦硬盤送到技術科檢測，發現有黑客入侵痕跡，根據木馬程序向外界曝光視頻，也就意味著兇手是兩人作案，其中一人精通黑客技術。冷小兵看到海舟案的卷宗被警員成批運走，詢問才知高鵬叮囑過其他部門，不許讓重案隊參與其中。
夏木在檔案室找到一份三年前的舊案子，起因是車主撞死寵物狗，與狗主人肖華軍產生糾紛，沒過多久，汽車無故自燃引起警方注意。可最大的奇怪之處，便是汽車自毀期間，肖華軍的心理醫生沈雨為他提供不在場證明，所以這件事情也就不了了之。
冷小兵覺得可疑，于是帶著夏木去找肖華軍，偏巧他外出尋狗數日未歸，僅有肖母獨自在家。趁著冷小兵與肖母閑談時，夏木借著方便為由來到衛生間，從下水道、房間等各個地方發現了泥土草根以及心理疾病的藥品。
肖母嘴里罵罵咧咧，似乎對兒子肖華軍頗有埋怨，可是她越表現激動，越能說明心里有鬼。意識到自己拙劣演技已被冷小兵識破，肖母瞬間有所收斂，主動講起丈夫跳樓身亡，導致兒子大受刺激，精神逐漸出現問題。
由于肖母聯系不上肖華軍，眼下唯一跟他有過接觸的人，便只剩下主治醫生沈雨。夏木跟著冷小兵來到醫院精神科室，對于這種環境顯然并不陌生，盡管醫院和私立機構稍有差別，但是主要服務對象都是心理健康缺失。
今天預約看診的患者很少，反倒是保安突然增多，盡可能地驅散圍觀群眾，直至發瘋自殺的病人從診室出來，在家屬攙扶下緩緩離去。病人手臂鮮血明顯，引起夏目強烈的不適，極力控制自己，這一細微舉動落入沈雨眼中，不動聲色地投來打量目光。
當沈雨得知二人來意后，立馬將他們請進辦公室，全程大方自然且冷靜，周圍布置較為簡單，柜子上的書籍則比較豐富，概括了心理、法律、醫學乃至犯罪現場勘查。根據沈雨所說，她在大學時期主修法醫，后來覺得行業不太適合女孩，索性轉為心理專業。
在詢問有關于肖華軍的情況，沈雨表達得很簡單，僅是三年前接待過對方，有過幾次治療，也就沒再繼續聯系。夏木探究地看著沈雨，也能感受到她平靜面容的背后，有一股巨大力量在涌動，讓人覺得深不可測。
冷小兵試探沈雨，故意詢問她是否送給肖華軍一只狗。此話一出，沈雨略微愣住，很快又恢復淡然，這一細節引起夏木的注意。劉宇調查了沈雨的資料，發現她從小與父親相依為命，直到上初中時，沈父和人私奔離開海舟市，丟下女兒不管不顧。當時沈雨曾去城關派出所報案，可惜至今都未找到沈父。
沒過多久，警方通過現有證據，證實肖華軍近期去過醫院，于是立即傳喚沈雨到警局接受調查。冷小兵當場播放馬煜虐待寵物狗的視頻，仔細觀察著沈雨的表情變化，根據他多年審訊經驗，很輕易分辨出沈雨所表現的詫異，其實是扁平空洞，因為真正的驚訝往往都會伴隨著不解和疑惑。
待沈雨離開警局后，冷小兵安排劉宇先去醫院調取監控，接下來二十四小時都要盯著她的一舉一動。沈雨具有極強的反偵察能力，不僅發現夏木等人在樓下蹲守，甚至通過朋友查到夏木疑似患有創傷后應激障礙癥。
此時肖華軍主動給沈雨發來求救微信，沈雨撥通了語音電話，確認對方藏匿地點，便往背包里塞進一雙球鞋和白手套，假裝出門倒垃圾。原本夏木在車里準備服藥，忽然看到沈雨出現，急忙下車尾隨其后，尚未留意到藥瓶掉落。起初沈雨去了趟超市，緊接又來到菜市場，轉身進入懸掛死豬尸體的地方，眨眼間消失不見，反觀夏木受不了眼前的視覺沖擊，再也承受不住崩潰，癱倒在地。