某日雨天，巫江夔山树林中发现一具女尸。因作案细节与二十年前轰动一时的小白鸽凶杀案雷同，老家在此的市刑警队队长山峰前来与当地刑警江流等人一同并案办案。从死者秦菲的丈夫李锐那他们了解到秦菲患有抑郁症，其原因与小白鸽的死有关。在争论李锐是否是重大嫌疑人时，退休警察叶永年突然出现，山峰因回忆情绪剧变。原来，儿时山峰曾在事发当晚跟丢小白鸽，并在她遇害后被造谣成杀人犯。多年来，山峰始终对此案念念不忘。在案发树林，山峰和江流等发现了一枚脚印并目击到了疑似凶手的神秘人，三人穷追不舍但仍被其逃脱。山峰吃饭时结识了非常挂念失联女儿的面馆老板谢希伟，回去后被神秘人打晕绑走。趁对方犯病挣脱束缚后，山峰发现此处墙上贴满了小白鸽案的相关报道。

小白鸽原名白歌，打晕山峰的老人是她的父亲白卫军。山峰表明自己的身份和破案的决心，但仍未能安抚不满警察的老人。沙海洲以周胜曾杀人为由勒索他，两人决定鱼死网破。为保护弟弟周宇，周胜用其女友叶小禾威胁他离开。叶小禾认出了山峰，表示要查明秦菲的死因再走。她向警方说出当年秦菲白歌李锐三人的爱慕关系。当年因秦菲的小小谎言，白歌遇害，李锐得知后对其实施冷暴力。警察遂去李锐家进行调查，而其有所隐瞒。山峰发现李锐家生活气息冷淡怪异，决定派人全天候监控李锐。次日，李锐避开监控下落不明。街上又被白卫军贴满恐吓传单，昏迷的叶永年也被挂上写着无能的木牌。警察由李锐的车发现，案发当晚本应值班的他曾避开监控驾车进入夔山。他们再次来到李锐家中调查，却接到了他打来的电话。

周胜通过手下段超找到石磊，帮忙暗杀沙海洲。接到李锐电话的警方赶来发现他正抛洒传单。李锐称自己杀了秦菲，只为唤醒白歌案。随即他意欲自杀，被救下后逮捕。吃饭时，山峰得知谢希伟和自己一样从小被收养。从叶小禾那里得知秦菲此前早有死意后，江流和山峰再次提审李锐，李锐坦白：他曾想放下过去，但是秦菲屡次自杀让他绝望，最后两人共同策划了这个案件。山峰决定向市里申请重启白歌案。当日，过生日的谢希伟仍未能等到女儿的音讯。山峰前去看望白卫军，告诉他警察从未放弃。被触动的白卫军拿出收集的嫌疑人名单并告诉山峰，名单上嫌疑最大的是沙海洲。然而此时，沙海洲已被石磊杀害。在结案整理时，秦菲的日记为警方提供了两点目击线索：第一现场另有其地，凶手与卡车相关。

山峰拿着名单质问，江流表示除了新加的“瘸子”潘军，都已查过。山峰独自去寻找潘军，众人不信，随后，江流赶去帮山峰解围，并带他找到潘军。周胜得知警察找过潘军后再次雇石磊杀人，段超答应帮石磊找一个叫张汉东的人。江流根据脚印查到周宇，周宇过度紧张引起了他的注意。此时决定离开的叶小禾，偶然发现周宇曾在白歌墓旁买了墓地。山峰和江流重回现场听到与潘军描述相符的渡轮声，由此推断他与白歌案关系密切。二人立即回去找潘军，但是人已被石磊劫走。回到警局的二人，各有各的办案思路，决定兵分两路查案，山峰刘悦去查周宇，江流罗成去查潘军。山峰刘悦发现周宇在白歌墓边买墓地的事情，为此山峰找到叶小禾，她讲述了和周宇关于“鲸鱼的故事”。另一边，谢希伟跟踪女婿赵杰。江上，潘军即将被杀时提到知情白歌案，石磊命其说出所知。

经分析，周胜、周宇嫌疑重大。警方查出周宇在白歌案后状态急转直下，周胜也曾对老沙下手。石磊跟踪白卫军发现他在监视周胜家。找不到周宇的叶小禾找到周胜表示已知其秘密，威胁周胜，想要和周宇见面。叶小禾走后，周宇向周胜拔刀，表示还命。这全都被监视的白卫军看在眼里。山峰和江流去沙海洲和潘军一起服刑的监狱寻找线索，却发现周胜段超曾和他们是狱友。山峰二人赶去试探周胜，但并无收获。回到家的周宇，看到崩溃大哭的小禾，承认“都是我做的”。周宇被段超带离时借机逃走。周胜得知后震怒，段超献计让周宇亲手杀死叶小禾使其死心，周胜最终同意。周宇约叶小禾见面时二人被抓，原来五分钟前叶小禾就已报了警，警察赶往现场。段超逼迫周宇杀死叶小禾，叶小禾决意赴死。此时隐藏的白卫军出手干扰，混战中周宇中枪。