作为亚洲金融中心的香港被称作“最安全的城市”，岂料警局接到一通匿名电话，对方声称劫持了警队的一辆前线冲锋车以及车内的五名警员和武器装备。此次事件引起了香港警队高层的高度重视，适逢处长（王敏德 饰）出访国外，此时由鹰派人物行动副处长李文彬（梁家辉 饰）与年轻的管理副处长刘杰辉（郭富城 饰）一起负责这次案件，并将行动命名为“寒战”，李文彬任总指挥。李文彬的儿子（彭于晏 饰）也是人质之一，刘杰辉因此对李文彬父子产生怀疑。与此同时，匪徒展开了进一步行动：警察被杀、爆炸案频发……到底是谁在将整个警队玩弄于鼓掌之中？香港真的是“最安全的城市”吗？
生 (尹扬明) 受组织指派，与女杀手杀害警方保护的证人，又炸毁档案室，欲取回微型菲林。生得知微型菲林在骆警司 (刘江) 手上，遂枪杀他夺取菲林，期间见骆失明的女儿静 (黎姿) 悲惨呼叫，对静起了怜悯之情。女杀手收到命令将静灭口，生前去阻止，极力保护静。骆同僚宋强迫静说出菲林下落，静不明所以，惊慌万分，生前来救走静，并带她至偏僻处。宋不息心，派警员围捕生，生成功逃脱，并诱使宋与静接洽，伺机枪杀宋。生带静离港，逃至教堂安顿，女杀手赶到欲杀静，生及时枪杀女杀手。组织得知生背叛，派人到教堂处决生。
