七七事變前夕，華裔青年小亨德勒（彭于晏 飾）從美國遠赴重洋，回到闊別十數年之久的北平從醫。然而他真正的名字叫李天然，十三歲那年曾親眼目睹師父一家遭師兄朱潛龍（廖凡 飾）和日本人根本一郎（澤田謙也 飾）滅門。僥幸逃生的天然被美國人亨德勒醫生送往大洋彼岸，接受了極其嚴苛的訓練，而今他懷著絕密的任務【wù】踏上故土。亨德勒父子租住神秘男子藍青峰（姜文 飾）的宅子，藍是當年辛亥革命的參與者，他與現為警察局長的朱潛龍過從甚密，卻又以殺死李天然為籌碼，暗中慫恿朱除掉根本一郎。復仇心切的李天然尋找到了仇人，而亨德勒醫生則全力阻止養子冒險。在這一過程中，交際花唐鳳儀（許晴 飾）與裁縫關巧紅（周韻 飾）也卷入了男人的勾心斗角的漩渦里。直到七七事變爆發，所有的矛盾迎來了決斷的時刻……