影片《消失的子彈》圍繞一起離奇連環命案展開。故事以民國為背景,講述一家神秘的兵工廠內,一枚取人性命於無形的“幽靈子彈”引發了民國最轟動的驚天奇案。由謝霆鋒扮演的神槍手郭追和劉青雲扮演的神探松東路並肩作戰,聯手踏上匪夷所思的追兇迷途。
民國時期,國內最大的兵工廠發生離奇命案,死者被“幽靈子彈”所殺——犯罪現場找不到彈頭。一時之間,疑雲密布,人心惶惶,此案堪稱民國第一奇案。此案交由警局內負責管理檔案的政務警察松東路調查(劉青雲飾演),擔任文職的老路既不會拳腳功夫,也不懂如何開槍,卻思想縝密,對破疑難雜案有獨特方式。一心為民除害的熱血警探郭追(謝霆鋒飾演)不容於警局貪汙腐敗氛圍,聯手老路調查此離奇命案。故事開頭的女犯映射結尾的小雲雀操縱郭追和王海的可能性
如何開槍不用子彈?如何讓子彈在穿入肉體的時候消失?老路和郭追在槍和子彈上做了各種各樣的研究,包括向豬身體發射鹽子彈、冰子彈等等,卻沒有任何滿意的結果。隨著案情調查深入,兩位警探抽絲剝繭式發現恐怖陰森的殺人密室和離奇的造彈裝置,其詭異程度讓經驗豐富的老路也瞠目結舌。就在“幽靈子彈殺人”真相揭開之際,老路、郭追,小五卻接二連三遭人追殺,警察小五(井柏然飾演)在開槍掩護老路、郭追逃亡之時慘死。結案期限迫在眉睫,算命姑娘小雲雀(楊冪飾演)不經意間透露出“幽靈子彈”驚天秘密,兩人不知這個“驚天秘密”是圈套還是破案線索,卻發誓要以命相搏!案情終於水落石出,郭追和老路卻發現各自的命運被無情捉弄,兩人只能活一個的選擇擺在他們面前……