张宁（夏雨饰演）是一名香港黑拳手，为了向女友孙静（杨采妮饰演）证明自己，他受雇在香港进行杀人。然而，在案发后，他与女友踏上了逃亡之路。一年后，甘肃警方昔日的“四大名捕”——“豹子”向西（段奕宏饰演）、“藏獒”何建中（倪大红饰演）、“羊倌儿”杨晓明（吴京饰演）与“牦牛”韩朝东（张立饰演）齐聚戈壁，追捕张宁。与此同时，因张宁偷拍了雇主的照片，并以此作为要求警方不追究孙静的筹码，成名已久的国际杀手麦高（吴镇宇饰演）受命携师傅的孙女阿诺（余男饰演）不远千里追索张宁，以毁灭证据。一时间，三方在戈壁为各自生存或使命激烈碰撞，展开了连场激战……