作为亚洲的金融中心，香港一直以来都被誉为“最稳定的都市”，没人能想到这个城市会发生严重的警队劫持事件。接到一通匿名电话后，香港警方目睹了冲锋车被劫持的情景，车上载有五名警察和大量武器装备。这一事件引起了高层领导的严重关切，而警队长——王敏德（饰）正在国外访问，此时，副队长李文彬（梁家辉饰）和年轻的副处长刘杰辉（郭富城饰）被派去负责这个案件，并将行动代号定为“寒战”。李文彬成为总指挥。然而，在这场行动中，李文彬的儿子（彭于晏饰）竟然被劫持成为人质，因此，刘杰辉开始怀疑李文彬和他的儿子之间是否存在不可告人的秘密。与此同时，劫匪们继续发动更多的行动：警察被逐渐杀害，爆炸案件频频发生……到底是谁在背后操纵整个局势？香港的“最安全城市”地位是否真的岌岌可危？