失蹤多年的沈海洋已經找到，但是結果出乎所有人意料，本以為他應該會是海舟案的幕后兇手，可是最終竟藏尸于河道，等到警方發現時，已然成為白骨。經過法醫鑒定，確認沈海洋遇害年齡為三十五歲左右，死亡時間推測在十五至二十年之間，身上多處擊傷，卻不致命，遂無法判斷真正死因。
如今證據鏈完整，海舟案馬上要移交，高鵬命令冷小兵終結此案，但是冷小兵依然不肯放棄，帶著劉宇和陳涵前往縣殯儀館，親自檢查沈海洋的尸骨。尸骨上沒有線索，很快從沈海洋的隨身物品里，找到了一張300路車票，以及現場遺留的注射器針管，檢驗其含有麻醉藥和肌松劑的成分。
如此看來，兇手殺害沈海洋的手法與海舟案如出一轍，而沈雨尋找多年的父親，或許正是兇手本人，他這些年單線聯系沈雨，利用某種手段操縱對方。正因沈雨尋父心切，才會逐漸迷失判斷，最終殺人嫁禍何偉光，以此為“父親”脫罪，同樣也是受害者。
冷小兵感慨造化弄人，事后向高鵬匯報情況，且在他的批準下，正式將兩起案件并案調查。夏木得知沈海洋遇害的消息，一時之間難以接受現實，他所追查的方向全都出錯，也就意味著兇手還在逍遙法外。
沈雨回到醫院上班，忽然收到一條匿名短信，立馬察覺到自己正時刻被人監控，下意識地跑了出去，可惜周圍一切如常。此時沈雨接到陌生電話，試探性地喊了聲爸，怎料對方果然回應，聲稱很快就能見面。
再次來到案發河道，冷小兵仔細搜查后，料定這里并非第一現場，而是兇手拋尸此處，緊接又乘坐300路公交車逃走。種種跡象表明沈海洋與兇手同乘一輛公交車，為何向來殺害女性的兇手，會無緣無故對男人下手，這其中必定有特殊原因。
為能找出關鍵所在，冷小兵在顱骨復原結果出來之后，派人去通知沈雨來警隊認領。從一開始的手足無措，到后來撕心裂肺地痛哭，沈雨不得不相信父親遇害的事實，然而在面對冷小兵詢問時，刻意隱瞞自己這些年跟“沈海洋”的聯系。
警方在公用電話提取到殘缺指紋，基本肯定當年打電話報警之人便是沈海洋，以至于大家誤以為沈海洋是殺人兇手，成為一連串錯誤的起點。夏木專程等在沈雨家樓下，非常理解她此刻的感受，為之前的事情道歉，也希望她能說出實情，奈何遭到拒絕。
盡管夏木沒能說服沈雨，但他認真分析了后，認為寧麗之死存在諸多疑點，沒有足夠證據指控沈雨，至于沈雨為何要保持沉默，或許是想親自找到兇手替沈海洋報仇。冷小兵通過老關得知曾有幾起案件都與沈雨有關聯，其中包括沈雨的閨蜜周小云。
當年二人關系甚好，從小到大的玩伴，同樣報考醫學院，甚至應聘市醫院精神科。由于精神科的招聘名額只有一個，她倆進入最后名單進行選定，怎料周小云和男友的私密照被人發到網上，鬧得沸沸揚揚，令她不得已選擇退學，反倒是沈雨輕而易舉地進入醫院工作。
冷小兵和陳涵來到周小云家了解情況，結果發現周小云完全精神失常，對于沈雨的名字格外敏感，會表現出極其強烈的情緒波動。根據周媽媽的講述，沈雨為人心思細膩，待人處事方面堪稱完美，女兒周小云和她關系親密無間，可自從發生那件事情，整個人性情大變。
陳涵實在是想不通，倘若兇手殺害了沈海洋，為何還要處處保護沈雨，為她消除所有障礙。冷小兵以泥巴人作比喻，認為兇手一直隱藏在沈雨身后，實際上是要通過這些傷害的方式，逐漸塑造和改變沈雨的思想，無論遇到任何事情都用極端手段解決。
老顧在何偉光家里搜出許多照片，判斷出兇手精通攝影，還要具備沖洗照片的條件，恰巧何偉光都不具備這兩點。冷小兵檢查照片厚度不一，著重排查1991年到2000年，300路公交車沿線的照相館。
與此同時，夏木分析老師生前應該去過照相館，于是翻箱倒柜尋找遺物，果然從里面找到一張“紅光照相館”的收據。通過收據地址，夏木找到照相館主譚勁松的住處，奈何此人早在去年病逝，只有兒子小譚打理著雜貨鋪子。
起初小譚對夏木態度很差，可當發現對方是警察，立馬轉為笑臉，領他前往停業許多年的老照相館。豈料剛到門口，竟遇到冷小兵和派出所民警，夏木見狀躲了起來，小譚只好先帶他們進去。
冷小兵向小譚描述身高一米八，性格孤僻的嫌疑人，由于時間太過久遠，小譚是在記不起來，隱約記得老爹照過許多相片，后期都沒人來取。一堆老舊相片之中，冷小兵發現里面集齊所有海舟案死者，立馬意識到兇手極有可能在這里工作過。
小譚跟著警方回去協助調查，躲在旁邊的夏木將收據交給冷小兵，事后便去了圖書館，恰巧和沈雨相遇。沈雨跟黃院長打了招呼，在圖書館里查找父親捐贈的書籍，很快從借書卡上注意到胡山泉的名字，不由回想起父親對此人很忌諱，叮囑她以后不許再提。
反觀夏木跟了沈雨一整天，表示兩人都有相同的經歷，都體驗過親人遇害的痛苦，就連追查兇手都一致，應該通力合作。然而沈雨并未有所回應，夏木知道她是想獨自找兇手報仇，勸說她千萬別做傻事。
而在另一邊，小譚仔細回憶著照相館比較可疑的人，忽然想到了一位胡姓小子，當時他還是個孤兒，平常住在照相館后面的雜物間，直到有一年老爹見對方很可憐，便把他喊來家里吃年夜飯。盡管照相機已有延時拍照的功能，可是那人堅持要給大家拍照，冷小兵根據小譚的描述，仿佛看到兇手就在自己面前。
沈雨猜測此事與胡山泉有很大關聯，而她也主動聯系了張叔和張姨見面，兩人都是安定醫院的老職工，所以向他們打聽此人的情況。通過了解，沈雨得知胡山泉曾是沈海洋最好的朋友，也是醫院里的病人，因為攝影技術極佳，深受大家歡迎，也為全體職工拍了那張大合影。
當年安定醫院要拍合影，年幼可愛的沈雨深受大家喜歡，同樣也吸引了胡山泉，完全對她愛不釋手。可當沈海洋過來抱走沈雨，胡山泉的表情發生微妙變化，既有失落又帶著不甘，且在大家的催促下，極不情愿地走到照相機后面。
這天早上，沈雨突然來到警隊，向高鵬和冷小兵申請人身保護，如實交代了她所了解的情況。胡海泉是個孤兒，經常受人欺辱孤立，后來在十六歲住進安定醫院，一住便是五年。而在此期間，沈海洋邊給胡山泉治病，邊教他讀書識字。
過不了多久，胡山泉懂得如何打針注射，平日在醫院幫工，可到了沈雨出生之后，沈海洋一反常態地趕走胡山泉，據說是防止他給女兒造成傷害。直到十七年前，胡山泉以沈海洋的名義給沈雨寫信。
自從沈雨工作之后，每年都會收到匿名禮物，實則是從受害者家里拿走的紀念品，而她也主動向警方提供日記本，里面詳細記錄了胡山泉殺人的過程，包括榕城家園的案子。隨著筆跡鑒定出來，胡山泉與兇手字跡吻合，證實為同一人。
在高鵬的安排下，冷小兵負責此次抓捕行動，考慮到車禍還未出鑒定結果，沈雨仍有作案嫌疑，除了保護她的安全之外，還要避免她和胡山泉近距離接觸。與此同時，胡山泉為見沈雨，專門精心打扮一番，難掩喜悅。
約定見面當天，沈雨接受警方搜查，確保無任何異樣才能出門，冷小兵也事先做好萬全的部署，跟蹤她到城南百貨批發市場。原本沈雨在等待胡山泉的出現，豈料她突然掉頭跑進一家貨店。
冷小兵見狀立即追去阻止，派人先帶沈雨離開，他則留下來向老板打聽胡山泉。殊不知，胡山泉早已抵達市場門口，只不過他去花店買花的身影落入沈雨視線，這才引起現場騷亂，變相提醒他離開。
回到警隊后，冷小兵憤怒質問沈雨明知胡山泉工作的地方，為何還要隱瞞重要線索。沈雨故作無辜，表示自己前些日來市場尋找沈海洋，根本不知道胡山泉的模樣會有多大變化。通過貨店老板的講述，冷小兵發現胡山泉冒用沈海洋身份多年，因為沒有銀行卡收工資，每次都要求老板給他現金。
夏木疑似出現在市場附近，等到冷小兵追去，早已消失不見，恰巧聽到花店員工議論有個老頭神經兮兮，買了花也不帶走，居然還將箱子遺落在店里。冷小兵調取花店監控，確定老頭正是胡山泉，至于箱子里則有個相冊，全是他與沈雨的合影P圖。
由于線索再次中斷，冷小兵決定從周邊小區走訪，根據胡山泉的經濟狀況以及面包車輪胎上的泥土，很快找到他的隱秘住所。冷小兵等人全副武裝破門而入，奈何房間里根本沒人，四處貼滿標簽，另外一間屋子全是沈雨的照片。
陳涵檢查了胡山泉的相機，發現冷小兵和夏木也被他偷拍過，況且沈雨的反偵察意識極強，居然都未曾有所察覺，實在是令人感到毛骨悚然。小劉找到了寧麗的錢包，遇害那天剛好是她的生日，冷小兵為此懊惱自責，一切都源于他十七年沒有勇氣開槍。
如今沈雨的嫌疑排除，她離開警局往家走，忽然接到夏木打來的關心電話。經歷了這些事情，沈雨對夏木的認知發生改變，表示今天在百貨城看到他，心里覺得挺踏實，好像沒有那么孤單。