3年间,数起“微笑死亡事件”震动了全城,死者均系女演员刘金水(刘诗诗饰)的前男友。面对着巨大的舆论压力,青年警探王不二(文章饰)、即将退休的警员黄飞红(李连杰饰)和他们的女上司Angela(陈妍希饰)受命侦办此案。王不二大闹片场、捉拿刘金水,彻底打乱了刘金水的电影拍摄计划,使她苦苦等待的女一号意外泡汤。伤心的刘金水来到了维多利亚港旁,将此前获得的奖杯抛入水中,一直秘密跟踪刘金水的王不二以为刘金水是在销毁证据,遂跳入水中打捞,却发现只是奖杯。调查暂时无果,Angela、黄飞红他们发现,刘金水的姐姐戴依依(柳岩饰)屡次抢走刘金水的男友,而这些男人无一例外的死于“微笑死亡事件”。王不二将戴依依带回警局,但很快证明,戴依依无作案时间,而王不二对有魔鬼身材的戴依依非常着迷。最终,为了破获“微笑杀人案”,王不二假扮成刘金水的未婚夫,在与刘金水拍摄婚纱照的过程中,刘金水所佩戴的大的夸张的宝石项链引起了王不二的怀疑,黄飞红一眼认出,这枚宝石项链正是当年纽约博物馆失窃的珍宝—“寂寞的眼泪”。王不二前往医院捉拿本案幕后的真凶—刘金水的二叔刘星(梁小龙饰),但很快被其打倒在地。关键时刻,黄飞红出现,与刘星展开了最后的对决,平时看似只会毒蛇嘴的黄飞红其实才是真正的高手,最终打败刘星并将其擒获。真相最终大白,原来刘金水的父亲和二叔正是当年名噪一时的博物馆大盗。闯荡多年,刘金水的父亲积攒下了大笔的财富却没有一个家,所以在临终前留下遗嘱:只要刘金水在30岁前结婚,将会继承其所有的财富。而刘金水的二叔为了阻止这笔巨大的财富落到刘金水手中,几年间杀死了刘金水的数名男友,阻止其结婚。在为父亲留给自己的最后遗物—“寂寞的眼泪”被归还博物馆而伤心的刘金水却意外得知,原来父亲还有一样东西留给她,就是一副并非无价之宝但却充满了家的温馨的手绘画—“莉莉之海”。“微笑杀人案”与“博物馆被盗案”的破获,警局上下皆大欢喜,黄飞红顺利退休、Angela也成功升职。假扮王不二未婚妻的刘金水渐渐对王不二产生了感情,而一直与王不二是欢喜冤家的女上司Angela也一直在追求王不二。王不二告诉刘金水,他已经心有所属,Angela很是得意,以为王不二心中之人是她,但很快发现,原来王不二最感兴趣的竟是屡次抢走刘金水男友的姐姐戴依依。刘金水终究难逃宿命,心目中的男友再一次的被姐姐戴依依抢走,而一直向王不二发出委婉表白的Angela也有一种被耍弄的感觉,愤怒的二女联手将王不二打上了天……