青藏公路的长途客车上，坐着身捆炸药包、暗持手枪的杀人凶手李武雄和女友肖倩倩。西宁市公安局刑警支队重案大队队长仁青多杰接警后，与同事们分乘两辆车紧急追赶，决定采取人车分离的办法缉捕凶手。女刑警莫尕姐和杨阳扮作乘客登车，屡屡诱使凶手离开大轿车，都没有成功。于此同时，西宁市忆江南食府的女老板徐来娣为摆脱债务纠纷，雇佣了闲人丁文德向石广富索取一份不合理的合同和借据，丁文德又找到了虎老三和吴小宝，对石广富进行跟踪。仁青多杰和大轿车司机秘密取得联系，借口盐筑路面不能停车，一口气驶出一百余公里。长久憋尿的李武雄和肖倩倩终于下车后被成功逮捕。正欲凯旋而归之际，两名乘客不见了，却留下了几支仿制手枪。刑警们又开始搜捕非法持枪人员。
仿制手枪杀伤力接近制式枪，是一度曾经出现过的颇有名气的“双化造”。涉枪案自然落实给了重案大队。审讯持枪人员，得知贩枪人绰号为“大胡子”，仁青多杰派莫尕姐乔装以购枪人名义接近他。大胡子林为民具有丰富的反侦破经验，一再失约，观察莫尕姐。石广富与徐来娣、孙家伦三人陷入错综复杂债务纠纷中，他们争吵不休，最大的债权人石广富扬言要诉诸法律讨债。徐来娣急催丁文德履约，索取对自己不利的证据。深夜，丁文德等三人在僻静处劫持了石广富和与他同居的女人幸仪，索要合同与借据。石广富奋起反抗，虎老三开枪打死了他，又杀了幸仪。徐来娣得知此事，震惊万分，只好向丁文德如约付钱。清晨，重案大队接警，急赴现场，看到了血腥的一幕。
杀人现场提供的线索相当有限，唯一的目击证人又是一对又聋又眼花的拾荒老年夫妇，给侦破造成了许多困难。仁青多杰和同事们寻找死者的关系人物，逐一排除后，孙家伦和徐来娣及一位与石广富同楼居住的青年成为重点嫌疑对象。然而，被债主穷追不舍的孙家伦离开住处，徐来娣也装聋作哑。孙家伦被债主挟持，他急派助手胖子向徐来娣求援，莫尕姐与杨阳乘机抓住了孙家伦和胖子。经审讯得知，他俩和徐来娣一样，都存在杀石广富的动机，却都有不在现场的证明。不断的摸索，幸仪的弟弟幸克也存在杀人动机。紧急抓捕幸克后，也排除了在现场的可能。幸克因吸毒而被强制戒毒。凶手究竟是谁呢？ 久未露面的枪贩“大胡子”给莫尕姐打来了传呼。仁青多杰决定与枪贩正面交锋。
“双化造”仿制枪的创始人“老羊皮”致富心切，重操旧业，把家庭变成了地下兵工厂。他向制贩枪支的家族成员传授经验。“大胡子”又一次对莫尕姐进行反侦察，约定了交易时间地点。重案大队为杀人案和贩枪案而四处奔走之际，汽车站一派出所发现了一把制式枪，经查验得知，这是外地警员不慎遗失的枪支，与“石幸案”无关。 仁青多杰决定细剖深究孙家伦、徐来娣、胖子与石广富和幸仪的人际、经济、情感关系，结果，又发现石广富老家的妻子阿妙、幸仪的前夫黄玉、债夫刘云飞等也存在杀人动机，分别予以调查和监控。因作案手枪为制式枪，公安局听取重案大队请求，决定大范围验枪建档，以枪查人。“大胡子”在约定交易地点并未出现，通知莫尕姐改在长途汽车站。仁青多杰周密部署，志在必得。
“大胡子”在汽车站乔装打扮为藏民，再次观察莫尕姐之后便走了，在一饭馆完成了另一宗贩枪生意，把几支枪卖给了朱之强。朱之强把枪放在投宿的小旅馆中，被打扫房间的回民大嫂发现并报了警。仁青多杰迅速作出反应，与朱之强派出的“稻草人”周旋，把再度进行枪支交易的朱之强和曹发禄一举抓获。毫不知情的石广富之妻阿妙在江苏警方的秘密监控下来到西宁，当即审讯。她只是认定孙家伦和胖子是疑凶，并未能提出有力的证据。“大胡子”林为民连续改变交货地点，分秒之差甩掉了接应人员杨阳和赵立华，用枪逼着莫尕姐完成了枪支交易逃脱。四千多元人民币“买”回来几支仿制枪，使仁青多杰异常愤怒，莫尕姐也感到极度委曲。
阿妙向徐来娣和孙家伦讨债，徐来娣如数偿还，孙家伦百般狡辩。仁青多杰为了再度确认孙家伦与胖子的作案可能，将其拘留并关押在一起。通过监听二人对话，排除了他俩的嫌疑。徐来娣心理严重失衡，广请诸佛，祈盼平安无事。莫尕姐邂逅“大胡子”，她提出要给牧民亲戚购买长枪，诱使其上钩。深夜，街头出现了一名枪击致死的男子。
重案大队立刻进行侦破，确认了死者是药材商侯文林，凶手用枪是仿制枪。围绕侯文林的生意、情感关系，逐一排查，发现惠英珠、曲美莲在案发后同时消失，便进行蹲守。同时，派出赵立华探长和程思恩追捕有盗取侯文林药材嫌疑的侯弟与惠英奇。根据曲美莲交待案发当日夜间情况，王刚、徐学军成为头号疑凶。 丁文德伙同吴小宝、虎老三盗窃藏传佛教文物“唐卡”未遂，吴小宝还被藏獒咬伤。吴小宝在果洛州餐馆吃饭时偷拎一只手包，得到一支仿制枪支。回到西宁后，丁文德向徐来娣诈财渔色，她无计可施，给丁文德钱财以求平安。赵立华在果洛州抓获徐学军，经审讯，排除作案可能，但因惯窃牛羊嫌疑被逮捕。
“大胡子”约见莫尕姐的“牧民亲戚”——仁青多杰，他初步骗取了“大胡子”的信任，约定购买两支半自动步枪。侯文林个人使用的手机有人使用。仁青多杰及时赶到持手机人处，一举将朱明逮捕。他是“侯文林案”的元凶吗？朱明死不承认与侯文林案有关。仁青多杰和同事们运用审讯技巧，从现场的物证头发入手，使朱明被迫交待了自己的罪行。他与同伙冯大伟、秦艳合谋杀死了侯文林。莫尕姐智慧地逮捕了秦艳，并找到了作案工具之一——水果刀。枪在何处，朱明声称在果洛州餐馆吃饭时遗失。仁青多杰急命赵立华与程思恩在果洛州找枪。该餐馆服务员描述了当时情况，认定吴小宝是拎包人，程思恩首次对丁文德、虎老三、吴小宝做了模拟画像。凶手冯大伟被擒。
丁文德与虎老三在用枪问题上始终意见不一，但在诈骗钱财上又能走到一起。他们时分时合，狼狈为奸。老羊皮亲自考察了乔装的藏民购枪人仁青多杰，决定把半自动步枪卖给他。“大胡子”和妻子组装半自动步枪，欣喜若狂。“大胡子”林为民极尽反侦破之能事，动用妻子李迎春和亲戚黄鹏，绕来转去兜圈子，不断将仁青多杰秘密安排的接应人员甩开。用了大半天时间，迟迟不让仁青多杰见到枪支。 都市痞子杨星、车大头、叶小真等到忆江南食府吃“霸王餐”，凌辱徐来娣。无奈之下，她严格控制范围，叫来了丁文德一伙，以黑治黑，痛打杨星，迫使他指出幕后人孙家伦。
林为民认为万无一失，交易之际，被仁青多杰等连枪带人擒获。莫尕姐和杨阳跟踪黄鹏，进入制枪窝点，老羊皮及时逃窜，杨阳翻墙时跌入地窖昏迷过去。莫尕姐与黄鹏、黄母及老羊皮的小老婆黄氏搏斗起来。李迎春持枪对准莫尕姐，要她放掉黄鹏。仁青多杰闻讯，及时赶往，予以制服，终于端掉了这个制枪窝点。丁文德等跑到塔尔寺，再次策划盗窃藏传佛教文物。
