适逢警队一哥外访未返，下任处长选举的两大热门：鹰派人物警务处副手李文彬（梁家辉饰）与年轻的警务处副手刘杰辉（张学友饰）都开始大施拳脚。
作为鹰派人物，从警队基层以及一线一路干上来的李文彬立即指挥营救，并将此次行动代号命名为“寒战”。
可贼人竟对警队内部一切了如指掌、洞悉先机，警队精英尽出，行动依然无功而返，处处受制。
警队高层开始质疑李文彬的决策，推举另一位一直在管理岗位工作的副手刘杰辉来接手整个“寒战”行动。
危急时刻，刘杰辉虽然是文官出身，也依旧是毫不示弱，立刻接手“寒战”行动。
不同于李的激进手法，他选择主动与贼人沟通，并答应交予贼人赎金。
整个交收赎金过程中，刘设法令赎金留下线索，以便追查贼人位置。
可道高一尺，魔高一丈，刘非但找不着贼人踪迹，还将巨额赎金失却，并且跟刘杰辉出生入死的同袍徐永基﹝钱嘉乐饰﹞更在交赎金的过程中殉职。
同袍的牺牲令刘杰辉内疚不已，此时香江警队亦是陷入前所未有的危机与威胁。
一场“寒战”行动，令库房失却八千万现金，两位成员殉职，再加上之前的冲锋车失踪，以及其中的警员和武器装备，这下不但惊动了政府内部，也惊动了廉政公署。
因廉署收到匿名人士举报，怀疑两位“寒战”的行动指挥，其中一人在此危急关头以权谋私，于是对他们二人进行了调查。
故事到这里愈发的错综复杂，警匪、权谋、斗争此起彼伏，所有人似乎都怀有各自的小心思。
还好胜利始终站在正义的一边，在李文彬和刘杰辉的联手合作下，“寒战”行动顺利落下帷幕，一切阴谋的幕后黑手终于是露出了令人惊讶的真实面貌，并且被绳之以法。
电影最后，一文一武的两位副手英雄相惜，各自离场。
只是“寒战”行动中的失枪和赎金依旧还未寻回，太多疑点还未解开，这倒是为电影的续集故事，以及【星河电影宇宙】的后续发展，埋下了更多的伏笔。