繁盛的中环街道上，突然一声爆炸巨响，押款车一亿美元新钞被天养生（吴京饰）等一帮劫匪于路上公然劫走。多名无辜人员死伤，其中一人为警员陈晋（谢霆锋饰）的未婚妻子。陈晋自此立誓追捕天养生以报仇雪恨，可天养生与一亿美元却不见踪迹。 半年后，见习督察方奕威（余文乐饰）带领警员截查车辆时遇袭，队员全体重伤，原来天养生一伙重新出现。高级警司章文耀（林嘉华饰）和罗沛权（郑浩南饰）共同策划连锁行动，誓要将一伙匪徒逮捕。巡警卫景灏（房祖名饰）的哥哥是名打入天养生团伙内部的卧底，碍于身份，他被暂时停职，并想着还哥哥一个清白。三人的追捕中几次不敌天养生，但发现警方有内奸……
影片根据兵器真人化游戏《刀剑乱舞ONLINE》改编，刀剑男士们将介入织田信长、丰臣秀吉的“本能寺之变”。
一款可以用来代替士兵作战的全自动化机器人RS1被成功研制，送往香港参加展览。RS1的破坏力极为巨大，亦十分危险，它的存在令许多犯罪分子们垂涎欲滴。香港特警马奇（冯德伦 饰）、艾伦（李灿森 饰）和艾迪森（陈冠希 饰）奉命保护RS1的安全，而马奇和艾迪森之间曾经有过一段极不愉快的过往，使得两人在合作之中屡屡发生冲突。 科特（孙国豪 饰）是艾迪森的好友，他的真实身份是一名天才黑客。科特趁同艾迪森叙旧之际催眠了后者，操纵其打开了RS1的开关，输入了逃走程式。RS1大闹场馆，死伤无数，而艾迪森亦被列为了头号通缉犯，遭到了FBI的穷追猛打。艾迪森知道，想要自证清白，唯有捉住目前下落不明的科特。
