天赋异禀的结巴少年秦风（刘昊然 饰）警校落榜，被姥姥遣送泰国找远房表舅——号称“唐人街第一神探”，实则“猥琐”大叔的唐仁（王宝强 饰）散心。不想一夜花天酒地后，唐仁沦为离奇凶案嫌疑人，不得不和秦风亡命天涯…… 穷追不舍的警探——“疯狗”黄兰登（陈赫 饰）；无敌幸运的警察——“草包”坤泰（肖央 饰）；穷凶极恶、阴差阳错的“匪帮三人组”；高深莫测的“唐人街教父”；“美艳风骚老板娘”等悉数登场！七天！唐仁、秦风这对“欢喜冤家”、“天作之合”必须取长补短、同仇敌忾！他们能否在躲避警察追捕、匪帮追杀、黑帮围剿的同时，在短短“七天”内，完成找到“失落的黄金”、查明“真凶”、为自己“洗清罪名”这些“逆天”的任务？

继曼谷、纽约之后，东京再出大案。唐人街神探唐仁（王宝强饰）、秦风（刘昊然饰）受侦探野田昊（妻夫木聪饰）的邀请前往破案。“CRIMASTER世界侦探排行榜”中的侦探们闻讯后也齐聚东京，加入挑战，而排名第一Q的现身，让这个大案更加扑朔迷离，一场亚洲最强神探之间的较量即将爆笑展开……

1900年，在美国旧金山唐人街，华裔印第安猎人阿鬼（王宝强 饰）与留美青年秦福（刘昊然 饰）因一场凶杀案偶然结识，误打误撞组成“唐人街神探”组合。开启了一场笑闹探案之旅……

秦风（刘昊然 饰）接到唐仁（王宝强 饰）的邀请来纽约参加其与阿香的婚礼。壕气逼人的唐仁迎接秦风，极尽招摇。岂料“婚礼”是唐仁为巨额奖金而参加的世界名侦探大赛，比赛的内容是寻找杀害唐人街教父七叔的孙子的凶手。受骗的秦风怒极欲走，却被纽约华人刑警陈英送来的讯息所吸引。七叔孙子的死法离奇，寻人上升为悬赏缉凶。名侦探们各显其能，鸡飞狗跳。众人调查的同时另一起案件发生，作案手法极其相似。原本锁定的凶手竟有了不在场证明，秦风不禁对自己的推理产生了怀疑。第三起案件接连发生。秦风、唐仁二人再次披挂，摆脱各路纠缠，闹翻纽约，几欲接近真相。第四起案件，与凶手失之交臂，诡计呼之欲出。真凶伏法，动机令人不寒而栗。看似完美结案的背后却隐藏着另一个发人深省的谜题。

某晚，警察局来了一个不速之客军（王宝强 饰），他向当值探员报称自己杀了五个人，但他既说不出与受害者关系，又不能描述出受害者被杀过程或遇害地点。原来只是计划把五人杀死。探员在记下军的联络住址后便把他驱逐，在探员眼中，他只是一名无聊的精神不正常者。可是不久，督察汉（刘青云 饰）驻守的区域却发生了一件凶杀案：死者形状恐怖，汉认为这种处死方法带有不寻常的动机，不到一星期汉接手另一宗凶杀案，死者也是一名男子，死于一个废置的机械工场。他的死法十分残酷，死者的双脚被强行穿上细尺码的红色高跟鞋，脚面和两侧都钉上了十多口的铁钉。汉在翻查全港可疑人物和案例时，看到了当天军前来自首的记录。汉马上带队前往军的住所进行搜查，可是屋内空无一人，除了大量古旧童话书外，并无可疑之处。但这时候汉还不知道，一张被精密预设的大网张开了，而结局却更是匪夷所思，难以预料。