影片根据抗美援朝战争“冷枪冷炮”运动中神枪手群体事迹改编。1952年冬至1953年初，中国人民志愿军与联合国军在朝鲜战场形成僵持，双方发起了低强度的密集狙击战，史称"冷枪冷炮运动"。在连长（张译 饰）带领下的狙击五班战士枪法过人，成为敌军的心头大患，班长刘文武（章宇 饰）更成为重点狙击对象。为重创狙击五班，敌方调配精英狙击小队，配以最先进的武器装备，更迫使狙击五班战士大永（陈永胜 饰）等人为救同伴进入其设好的险境之地。但正当敌军打响自己如意算盘之时，他们未料到，被他们当作诱饵的侦察兵亮亮（刘奕铁 饰）身上其实隐藏着更大的秘密......

在南疆围捕贩毒分子的行动中，特种部队狙击手冷锋（吴京 饰）公然违抗上级的命令，开枪射杀伤害了战友的暴徒武吉（周晓鸥 饰）。这一行动令冷锋遭到军方禁闭甚至强制退伍的处罚，不过各特种部队精英组成超级特种部队战狼中队的中队长龙小云（余男 饰），却十分欣赏这个敢作敢为且业务过硬的血性男儿，于是将其召入自己的麾下。在新近的一次演习中，冷锋凭借冷静的判断力从老首长处拔得一城，并且成功击退了突然出现的狼群。谁知在毫无准备的情况下，战狼遭到了一伙荷枪实弹分子的袭击。原来武吉的哥哥敏登（倪大红 饰）是一个冷酷无情的国际通缉犯，他手下豢养了一大批身怀绝技的雇佣兵。

该片讲述了国情局秘密王牌特工—“弹头”小组的四位成员“战略大师”艾力克斯、“百变玫瑰”比比、“暴风枭雄”布莱克、“冷刀疯子”柯莉儿被犯罪集团陷害，成了国情局通缉的要犯。通过一系列被追杀、深入敌后、拯救人质等反恐行动，经历一次次的磨难之后，最终摆脱困境，找出犯罪集团首脑并将其一网打尽的故事。