1958年，在上海，初入警局的乌光启遇到了一起上吊自杀案。然而，由于经验尚浅，他的询问并不顺利，甚至被村民指责为笨拙。局长仅瞥了一眼现场，便断定这是他杀。乌光启对局长十分崇拜，连忙翻开笔记本记录。事后，局长特意找到乌光启安慰他，告诉他做刑警既要有经验也要有文化，而现场调查至关重要。
时间转到2002年，乌光启在排查最近半年发生的爆炸案时找到了线索。他决定进行一次小规模的爆炸实验，就在这时，警察局接到电话，声称二十四小时后将有一百人被炸死。队长迅速调派大部分警力进行排查，并邀请乌光启参与。但乌光启坚持要先完成爆炸实验，因为他认为这三起爆炸案有相似之处，特别是制作炸弹的手法。他带着剩余的几名警员前往现场勘查，发现了炸弹中的灯泡，并向队长证明这三起爆炸案系同一人所为。通过并案调查，以前两起案件为突破口，他们锁定了嫌疑人胡胜伟。
胡胜伟性格孤僻，高中时物理化成绩优异，但因未能考上大学而做了几年电工。后来，他与父母关系破裂。在抓到胡胜伟后，乌光启在他口袋里发现了电影票，于是立刻赶往电影院。此时，炸弹即将爆炸，距离爆炸时间仅剩八分钟。乌光启穿上防弹服，让队长带领所有人撤离，他必须在现场拆弹。随着爆炸时间逐渐逼近，乌光启紧张得满头大汗，终于在最后关头将倒计时停止在七秒。
小飞讲完这段惊心动魄的经历后，得知乌光启又发烧了，只能将他送往医院。乌光启的老伴来医院探望，埋怨他做事不顾后果。乌光启不服老，回忆起年轻时还能骑马跑好几圈。由于儿子不在身边，小飞经常帮忙照顾。小飞好奇地问师母和乌光启是如何走到一起的，是谁先追的谁。
到了2009年，湘城发生了一起杀人案。小琴看到新闻后立刻知道是男友周康所为。他们手里的钱已经足够生活，但周康却为了杀人而犯案，并且自信警察找不到他。小琴气得哮喘病发作，希望周康能跟自己回老家，盖房子结婚。她劝周康扔掉枪，但周康没有回应。
周康的第一次杀人是在银行门口，他抢走了五万块钱。而第二次被杀的人是一个农民，身上并没有现金。乌光启看过现场后，总觉得这双脚印似曾相识。他回到局里查看自己的笔记本，发现2004年重州的两起持枪抢劫案与现在的嫌疑人十分相似。由于现场没有留下任何痕迹，排查工作十分困难。而且，这个杀人犯内心十分扭曲，乌光启认为他把死者当成了活靶子。然而，乌光启并未继续跟进此案，他被调回局里协助处理另一起案件。
回想起1959年，乌光启再次跟随贾队长出现场。他依旧随身携带笔记本，但已经不再用蒙古文记录。因为贾队长说他们经常要写报告，蒙古文别人看不懂。于是，乌光启回家对照书籍学习了好几个月，汉语水平也因此得到了提高。