2001年4月28日晚，衡州市毗临闹市区的范光胡同巷口突发枪案，市公安局主管刑侦的副局长徐国庆（石兆琪饰）接报匆匆赶到现场。警方在调查过程中发现受害人吴天背景极其复杂，与许多人恩怨极深。徐国庆经过分析案情，预感这是一起涉及黑势力团伙恩怨的仇杀事件eee
　　警方展开全面追捕，循江湖恩怨抓捕了一批横行衡州的黑团伙成员，可是都并非“4·28”枪案的幕后杀手。与此同时，“4·28”枪案的制造者刘华强（孙红雷饰）正在加紧筹划实施他的罪恶计划。衡州市某房地产公司老总李丽（江珊饰）听闻吴天被杀的消息心中惊悸万分，约刘华强见面。为了妹妹李梅（刘威葳饰）的安全，李丽提出要带李梅走，但被李梅拒绝。正在警方的调查工作一筹莫展之际，刘华强又把罪恶的目光瞄准了下一个目标。警匪之间的追捕与反追捕，复仇与阻止复仇的较量由此展开。

　　超级病毒“金美拉”和抗生素在运送途中，被恐怖组织头目SeanAmbrose（DougrayScott 饰）盗走，EthanHunt（TomCruise饰）率领他的IMF小组接受中情局的任务，找回病毒。
　　这次，EthanHunt找到了女飞贼NyahNordoff-Hall（ThandieNewton 饰）搭档，后者是SeanAmbrose的前女友。EthanHunt在获取Nyah信任的同时，二人也暗生情愫。
　　但是，为了完成任务，EthanHunt不得不安排Nyah回到SeanAmbrose身边卧底。
　　Nyah终于打探出病毒所在的药厂，接获情报的EthanHunt前往药厂准备销毁病毒；另一边，SeanAmbrose已经察觉出了Nyah回到自己身边的真正目的，组织人马在药厂等待EthanHunt自投罗网。
　　激烈的搏斗中，Nyah为了帮助EthanHunt完成任务，将病毒注入了自己体内，只有在20个小时之内将抗生素注入Nyah体内，才能挽救她的性命，EthanHunt又将面临不可能的任务。