2002年2月日，一辆有东北开往上海的载满了返城民工的火车在上海站到达停车。乘务员在清理垃圾的时候发现9号车厢的17号坐骑下面，有一个大的行李袋，袋子也非常重，打开一看，发现是一具没有头和四肢的男尸。随即报案.。
803们赶到现场，询问了乘务员，乘务员回忆起是在平尧县上车的一个穿着西装的中年男子上的车，并将行李放在了17坐骑下，由于不让别人碰自己的行李包，并和其他民工发生了争执。
803从行李包里发现了一个宾馆用的塑料袋。法医鉴定说死者死于48小时之前，乃身中数刀而亡。803让手下根据乘务员的描述，划下了凶手的一般特征，左眼有一个黑痣。
随后，803们根据乘务员的描述，来到了平尧县。在路上，丁晓军去火车站晚了一会，并简述了来晚的原因，原来昨晚一个线人向他汇报说有人近期会交易四件明四家的作品。但是他去守了一个晚上没有看见人影。苗震表示要重视这件事，并仍留守在上海的诸葛平立了案。
到了平尧，在火车站附近，发现了一个穿着名牌服装的卖花的小女孩，这引起了苗震的注意。
803来到当地警局，开始向当地的宾馆、出租车、长途车、人力三轮车展开调查，并寻找当地失踪的中年男性。第二天，人力三轮车师傅表示见到有人乘坐他的车，与803发过来的电子画像十分接近。
随后又有人表示，县博物馆的装裱师邱卫国失踪了。803来到博物馆，馆长表示，邱卫国年前表示，回江苏的老家过年，但是当前已经初九，打电话到他老家，老家人表示邱卫国并没有回家。邱卫国是一个大师级的装裱师，经常在全国获大奖。有一个女儿，和老婆离婚了。邱卫国性格孤僻，朋友极少。只是和博物馆保卫科科长徐大忠关系不错。
这时，苗震的手机响了，有人用匿名电话说，要想知道凶手，必须找到肖婷婷。803问当地警方老洪，老洪说，肖婷婷是当地知名的歌手，并出版过3、4部专辑。803布置在全县范围内找肖婷婷，但是没有找到。
与博物馆保卫科徐大忠交谈，徐表示，邱卫国和肖婷婷关系不错，但是同时当地有一个大企业家于志胜和肖婷婷的关系更不一般。于志胜刚刚把肖婷婷送走。803们来到于志胜的住所，向于打听肖婷婷的情况，开始于不配合，当得知肖婷婷与碎尸案有关时，于开始承认，刚刚将肖婷婷送走了，去了北京。
803赶紧到民航局调查，发现肖婷婷并没有去北京，而是去了上海。苗震感觉这个案子可能与刚刚立案的交易字画案子有关，让诸葛平紧紧盯着肖婷婷，同时苗震想到开始在火车站遇到的那个女孩，很可能就是邱卫国的女儿，并让乔丽娜赶紧去找到离婚前的妈妈。乔丽娜找到了邱卫国离婚3年的老婆，并找到了邱卫国的女儿，将女儿交给她。
孰料，一晚邱卫国老婆打电话给乔丽娜，表示晚上有人在她阳台上，企图持匕首进入，她用东西将那个人打到了楼下。并捡到一把匕首。然后因为害怕，带着女儿去了宾馆。
乔丽娜在安慰邱女儿的时候，提出做捉迷藏的游戏，小女孩大哭，并想到了一些情节，她和爸爸被人帮在一个宾馆里，歹徒向她爸爸要什么东西，爸爸不肯，就挨打，自己从一个小窗口里逃走了。
乔丽娜听了带着小女孩找了在附近的几家小宾馆，在一个叫“幸福宾馆”的地方，小女孩说是在这里。经过询问，宾馆经理表示，有一个帮忙的伙计，50多岁，姓张。刚刚辞职了几天，回了老家。乔丽娜和丁晓军布置警力，抓住了张。
苗震在上海，装扮成香港商人，与马大光（急于出手的倒卖名画的奸商）周旋，并通知乔丽娜一行，将小女孩带到了博物馆，苗猜测，邱卫国性格内向，朋友不多，中间肯定有一个线人，帮着联系邱卫国和肖婷婷，小女孩也许会认识。果然，在博物馆，小女孩认出了那个人，就是保卫科科长徐大忠!
徐大忠交代了犯罪过程。肖婷婷在歌厅里，故意找到他喝酒，让他帮忙找一个师傅，帮着装裱画像。徐推荐了邱卫国，邱为肖婷婷装裱完毕，肖婷婷非常感激，给了邱1万元。在一次喝酒的时候，说让邱帮着把博物馆里的刚刚在省里获奖的“明四家”的真迹揭出来一份出来，说给他40万。邱卫国虽然是大师级装裱师，但是这一行的工资只有几百块，于是他有点动心。后来，邱考虑来考虑去又反悔了，不能做伤天害理的事情。坚决不做了。于是肖婷婷给了徐大忠20万，让徐帮着让邱来做。徐伙同曾经帮助过的一个人——老张，将邱卫国和女儿绑到了老张的住宿-幸福宾馆的一层的一个杂物室里，胁迫邱卫国做。但是邱但是邱执意不肯，并要去告发他。这时小女孩踏上桌子，从窗口跳出去了，老张出去找小女孩。徐大忠在杂物室将邱卫国杀害。并碎尸。将头颅和四肢仍进一个荒废的化工厂的水池内。后来徐大忠将4福名画给了肖婷婷。
上海方面，当马大光、肖婷婷和苗震正在交易的时候，上海警方将马大光、肖婷婷抓获。随后，在一班由上海飞往香港的飞机即将起飞之际，803又将幕后的总策划于志胜抓获，从于志胜的行李箱中找到了四幅明四家的真迹。真相至此大白。