刑警刘鸿涛(赵峥 饰)是个破案高手，同事们把他的名字颠倒过来，昵称“神探红桃六”，不意由此让刘鸿涛陷入麻烦。比来几个犯罪现场都发明了一张红桃六的扑克牌，为查明真相，刘鸿涛顺藤摸瓜，查到犯罪团伙联络人马燕。不意马燕却突然死亡，线索间断，刘鸿涛从此坠入层层迷案当中。经过尽力，刘鸿涛查到杀戮马燕的凶手，不意此人竟是自己过世战友妹妹的男同伙——李晓军。在刘洪涛的多方调查的证据面前，李晓军交接了一个代号“红桃六”的幕后黑手一向在黑暗赞助自己隐藏犯罪事实。为捉住“红桃六”，刘鸿涛在下级领导的精心安插下，让李晓军做了线人。就在刘鸿涛锁定嫌疑人时，自己却被诬陷成是隐藏的“红桃六”。刘鸿涛将计就计，让罪犯“红桃六”误以为诡计得逞。刘鸿涛终极将真实的“红桃六”抓捕，破获一个和腐败官员相勾通的犯罪团伙，洗脱了自己的嫌疑。
