北洋年间，北京以北。习武少年李天然（彭于晏饰）目睹师兄朱潜龙（廖凡饰）勾结日本特务山本一郎（泽田谦也饰），杀害师父全家。李天然侥幸从枪下逃脱，被美国医生亨德勒救下。李天然伤愈后，赴美学医多年，并同时接受特工训练。1937年初，李天然突然受命回国。 　　“七七事变”前夜，北平，这座国际间谍之城，华洋混杂，山头林立，每时每刻充满诱惑与杀机。一心复仇的李天然，并不知道自己被卷入了一场阴谋，亦搅乱了一盘棋局。彼时彼刻，如同李小龙闯进了谍都卡萨布兰卡。前朝武人蓝青峰（姜文饰），神秘莫测，与朱潜龙、山本一郎关系紧密，更与亨德勒情同手足。是敌是友？面目不清。 　　随着中日危机不断升级，各方博弈愈演愈烈。多次为谎言蛊惑、错失时机的李天然，终于下定决心，在红颜帮助下开启复仇行动。且看负有国恨家仇且智勇双全之李天然，如何荡涤这摊污泥浊水。 　　十年前惨遭灭门逃往美国的李回到北平执行特工任务，并借机向仇人朱和山本复仇。李利用朱之情人离间，伺机行动，不料被神秘人物蓝阻挡。李天然爱上裁缝关巧红（周韵饰），在巧红的协助下李成功复仇，并使整个灭门事件和人物底细暴露世间。