章在山（刘德华饰）是洪继鹏（姜武饰）犯罪集团内善于制作炸弹的卧底警察，一次包括在山、继鹏和其胞弟洪继标（王紫逸饰）在内的六名成员在夜间乘坐两辆车持枪抢劫香港香岛银行金库，打死多名银行保安并抢走大量现金。在受到警察追击逃跑的路上，匪徒利用预先设置在逃跑路上的三辆的士汽车炸弹对警察造成较大的伤亡。由于在山的阻挠，同搭一辆车的继标和另一名匪徒被警方抓获，而在另一辆车的继鹏等三位匪徒成功逃脱，自此继鹏对出卖他的在山一直怀恨在心。

六个月后，在山已成为香港警务处爆炸品处理课的警司，是名专业的“拆弹专家”，爆炸品处理课警长阿斌（吴卓羲饰）为其主要助手。在一次去酒吧时在山认识一名叫李家雯（英文名Carmen）（宋佳饰）的年轻女子，通过调查和交谈得知她是从中国大陆来港工作的小学教师，刚离异有半年时间，经过在山的追求两人成为一对情侣。

在一个建筑工地上发现一枚体型庞大的战时空投炸弹，在山成功拆除引信。一年后在泰缅边境，作为毒贩押运武装首领的继鹏与香港万众集团主席闫国荣（廖启智饰）约定，继鹏收到5000万的定金后会去香港红磡海底隧道制造恐怖事件。在山接受警局表彰之夜，刚与在山和家雯道别后的周sir（黄日华饰）受到汽车炸弹袭击而身亡。调查后发现这是现场近距离引爆的C4炸药，由于周sir是在山担任卧底时的上司及联络人，在山怀疑这是继鹏所为，目的是报复被出卖之仇。不久继鹏在香港繁华大楼和法院旁边，又先后设置两颗定时炸弹—一枚水银锅炸弹和一枚简易C4炸药。在山首先身穿防爆衣采取低温凝固的方式成功拆除水银炸弹，之后手持简易C4炸药乘坐重案组总督察江耀伟（姜皓文饰）所驾的快车，将炸弹投入海中引爆。

在一个晚上，继鹏带领大批手下利用大型货车封锁红磡海底隧道的香港岛和九龙南北两个方向的出入口，隧道内的几百辆车被困，车内的数百人成为匪徒的人质。其中包括一辆由香港导游林俊（张继聪饰）带队的旅游巴士，以及同乘一辆车的三名退休警察和一名退休警察的儿子，青年警察黄天诺（蔡瀚亿饰）。匪徒将数百个人质的相片都上传到一个名为“罗宾汉行动”的网站上，两名隧道工程维护人员在向外逃跑时被匪徒开枪打倒一死一伤，耀伟和另一名警官开车作掩护救回伤者。继鹏在与警务处高级助理处长尹晓风（石修饰）通话中要求香港政府在48小时内回购西区海底隧道“万众公司”的股份，否则会用1000公斤烈性炸药炸掉隧道。继鹏还叫在山单独进入红隧谈话，踢伤其脸部并逼在山枪杀人质，在山没有服从。继鹏要在山于晚上12时前带被关在监狱服刑中的弟弟继标来，否则每过10分钟枪杀一名人质。作为交换条件，在山则要求将继标带来后对方要释放100名女人和小孩。继标在被押送往红隧的路上，对警察说他已经改邪归正不想见哥哥，之后所乘车辆意外受到一名酒驾货车司机的撞击，一名员警和继标因此受伤，在山要送继标去医院治疗，继鹏则在凌晨十二点枪杀一名男性人质。晓风要在山立刻带着继标前来，紧急时刻救了险些被害的第二名人质。通过手机影片确认受伤的继标到来后，继鹏先释放50名男性人质，在山亲自将躺在救护架上的继标推到继鹏面前后，继鹏又释放50名男性人质。不过天诺的警察身份也被匪徒发现，继鹏就在天诺身上做一个人肉炸弹要在山解救。由于天诺身上有四组炸弹需要成功剪掉8根线才能拆弹成功，加上炸弹启动后只有两分钟的紧急时间，令在山后来不得不放弃，并要让天诺记住：“你是警察，你有你的责任。远离人群，不要靠近车辆，站在原地，这样的伤亡是最少的。”天诺惨被炸死让其父及其同事、在场的警察和记者们都很伤心。继鹏对在山说，这是他对弟弟继标被抓而自己无法去救出弟弟的一种报复。之后继鹏还逼天诺父亲将手表交给他，这手表是天诺当天送给父亲的生日礼物，然而继鹏将手表替继标戴上，继标却对继鹏心生怨恨并斥责咒骂继鹏。

“万众公司”股票的大幅飙升，其主席国荣很开心，继鹏也收到国荣转给他的5亿酬金。后来继鹏打电话给在山，要他回忆那次抢劫金库时使用的三个的士的车牌号码，后来警方在一处加油站找到一辆的士。在山赶到后发现家雯被绑在后备箱里，手里还握着一颗手榴弹。在山叮嘱家雯不要松手，并陪她将手榴弹扔进一个沙包阵里引爆。红隧事件持续到第三天，伪装成人质逃出去的多名继鹏手下收到指示绑走国荣，并逼国荣再转给继鹏十亿元，最后更将国荣关在货车里炸死。

继鹏准备乘坐外面接应人马所驾驶的两架大型直升机逃离香港，并开启只剩60分钟就会引爆的启爆器，对警方声称只要他的人马成功离开香港就会关掉启爆器，并想要带走在山和几名人质。身穿炸弹衣手拿启爆器和手枪的在山单独赴会，威胁继鹏要与他们同归于尽，他称其他匪徒可以走唯有继鹏不能走，并想拿到他手中的启爆器。大批警察从南北两个入口迅速攻入隧道内，警匪双方展开激烈枪战，警方亦引导人质往九龙方向逃离隧道。在山与继鹏的决战中，双方都受伤，继鹏还将引爆器打毁以免在山关闭它。最后继鹏被耀伟开车撞断一条胳膊被拘捕，而一直躺在救护架上的继标则中流弹身亡。在山要警察赶快疏散人员撤离隧道，因为他已无法阻止炸弹爆炸。在距离炸弹引爆还剩几分钟的时刻，阿斌到九龙出入口的那辆货车下面，在山赶到港岛出入口的那辆车下，由于线路太过复杂，在山无法判断要剪红线还是黄线，在与隧道工程师通话后得知引爆500公斤炸弹还能保住红隧，于是在山决定自己做出牺牲要剪黄线，如果没有爆炸的话阿斌也剪黄线，相反如果引爆的话阿斌就剪红线。

最终在山在距离爆炸还剩10多秒的时间剪掉黄线而引爆炸弹被炸死，隧道内许多车辆被炸毁，最后时刻在另一端感受到爆炸波冲击的阿斌虽剪红线避免引爆，但他也受伤入院。在家中休息的家雯读到在山发给她的最后一个简讯时难过地哭了。事后警方向记者做事件通报：468名人质获救，38名人质遇难，43名匪徒被打死，18名警察殉职。在为遇难警察举行集体安葬的仪式上，家雯作为在山的家属代表手捧遗像为男友送别。