發生在1997年歲末的古城西安，灃河派出所老張赴陜西辦案，途遇車禍，因搶救旅客失血過多而暈倒，隨身攜帶的六四式手槍不翼而飛。
西安市公安局八處（刑事偵查處）受命偵破該案件，在風雪嚴寒的艱難追蹤中，線索撲朔迷離、頭緒萬千。機智的探警們精心偵破了壹起又壹起槍案，但均不是該案中丟失的槍。同時，這把槍在古城殺出租車司機、殺貨運司機和裝卸工、殺家具公司老板，連連致死人命。公安幹警與壹群心狠手毒、狡猾奸詐的兇犯鬥智鬥法，使得兇犯在隨後試圖搶劫金融機構、綁架勒索服裝廠老板等犯罪活動即將得手的危急狀態下，由於防範嚴密和布置得當而功敗垂成。 時至1998年3月中旬專案組接到消息，美國總統克林頓即將訪華，第壹站定在西安，6月25日先遣隊就將抵達古城。公安部下死命令，必須在3月底4月初破獲槍案。市公安局加大追捕力度，火車站軍警大圍捕，西安城半夜全城大清查，查線索至寧夏，追蹤跡於上海，兇犯終於穩不住陣腳，企圖殺掉當時賣槍人以滅口而後遠走高飛。 探警們廢寢忘食，三天三夜，連連出擊，搗毀西安老巢。主犯石頭率先落網後，抓盜槍案犯馬小保於寧夏涇源縣，捕主犯黃新於北京，擒首犯董雷、主犯汪強於湖北武漢，趕在4月1日勝利破案。此時離公安部要求僅差了兩天，從丟槍起算整整四個月。
本劇以紀實手法再現了1997年壹起持槍連環殺人案的偵破過程。為了增強此劇的真實性，在劇中扮演刑警的大部分是“12.1槍殺大案”探案組的成員。其中穆文修、李全發、佟曉明、劉剛、張偉、梁偉 、劉宏陽等人都是西安公安局八處的具有多年刑偵經驗的警察。 該片劇情跌蕩起伏又環環緊扣，場面真實感人，案發現場、案情分析會、抓捕場面非常逼真，無任何作秀，劇中人物樸實幹練，且劇情緊緊圍繞主題進行，沒有通常警匪片中摻雜的節外生枝、令人討厭的男女情感劇情。