即将退休的陈雷检察长来到松嫩调查旧案，却发现40年前的一声枪响，留下了两枚弹头。陈雷陷入回忆……上世纪五十年代初，烈士遗孤陈雷留苏归来，回到家乡松嫩。回国当晚，红星剧院被特务安放了炸弹，陈雷假称自己会排爆，与松嫩市检察长赵元普来到剧院，协助好友公安局刑侦科长张旭成成功排除了炸弹，并与自己阔别四年的女友京剧名伶丁绣文重逢。二人倾诉别离之情，商议结婚事宜。但因诸多事由，两个人同时也对他们的婚姻忧心忡忡。

陈雷不顾条件的艰苦，来到松嫩检察署工作，上班没几天，就向检察长表达了想与丁绣文结婚的愿望。考虑到与陈雷死去的父亲是老战友，赵元普默许了他的请求，提出要见见丁绣文。检察署成立三周年，陈雷提议让京剧团来署里进行慰问演出，得到赵元普同意。演出当晚，绣文在唱《锁麟囊》时突然晕倒，她的反常引起了赵元普的猜疑。陈雷为了安慰丁绣文，正式向检察署递交了结婚报告。赵元普收下报告，按组织程序对丁绣文的历史进行外部调查。

赵元普发现丁绣文在解放前曾经为国民党特务唱过堂会，为不影响陈雷的政治前途，他秘密约见丁绣文，表达了反对两人结合的态度。陈雷询问赵元普的决定，被告知不能结婚，两人发生争执。丁绣文要求组织重新审查自己的历史，给出一个正确的结论，但未能如愿。绣文十分沮丧，准备离开松嫩去上海。瞒着陈雷订好了去上海的车票。陈雷来到剧院，发现绣文已经不辞而别，心急如焚的陈雷赶到车站，追回了绣文。因结婚报告得不到批准，陈雷请求调离检察署。

为不影响陈雷的前途，丁绣文决定再次离开松嫩。她与赵元普见面，希望能在国庆前夕调开陈雷，以便她顺利前往上海。赵元普安排陈雷去王家屯查案，遭到陈雷拒绝。丁绣文含泪说服陈雷安心工作，表示永远不会离开陈雷。剧团进行国庆演出，周幼芳为争演主角，与丁绣文发生口角，丁绣文表示，自己只唱一场就离开松嫩。陈雷发现一件积案存在疑点。为澄清案情，陈雷耽误了回松嫩的行程。汇演当晚，丁绣文结束演出后，在剧院外中弹身亡。

王家屯积案顺利告破，陈雷赶回松嫩。张旭成告知丁绣文的死讯，陈雷悲痛欲绝。公安局的调查工作陷入困境。因丁绣文解放前为特务唱过堂会，局里决定对丁绣文的社会关系进行调查。陈雷整理绣文遗物，碰见来搜查的张旭成，两人发生冲突，张旭成告诉陈雷，现在最重要的是还绣文清白。市委成立联合调查组。陈雷加入，以检察员的身份，提前介入案件。案件排查过程中，周幼芳和丈夫肖光华引起调查组的怀疑。

肖光华的舅舅曾经是国民党高官，解放后逃离大陆。离开大陆前，他留下了一把手枪，肖光华一直没有上交。某晚，肖光华因害怕公安局发现手枪，想转移手枪，被妻子周幼芳察觉。听了丈夫的解释后，两人一起去丢枪，不料在路上被巡逻队抓获。经过调查，公安局认定肖光华有重大做案嫌疑。因妻子周幼芳有孕在身，为避免连累妻子，肖光华违心地承认了自己是枪杀丁绣文的特务。

张旭成将作案枪支送检。经省公安厅鉴定，枪弹痕迹不符。陈雷要求重做鉴定。张旭成重做鉴定。因枪弹保管人员失误，第二次的结果为枪弹相符。但因此酿成错案，肖光华被判无期。周幼芳怀孕待产，在医院受到刁难。通过陈雷的帮助，周幼芳顺利生下了孩子。……时光流转，经过努力，陈雷找到了丁绣文失散多年的妹妹绣鹃。检察署改署为院，绣鹃来到松嫩看望陈雷和张旭成。张旭成对绣鹃产生好感。

赵元普的女儿赵妍大学毕业回到松嫩，分配在组织部档案室工作。赵妍与同学聚会，邀陈雷一起前往，在莫斯科餐厅，陈雷看见了在餐厅做勤杂工的周幼芳。周幼芳在丈夫判刑后，与孩子在铁路边租了一间房子，靠做临时工度日，生活困窘。一次因去监狱看望肖光华，耽误了工作，被经理开除。档案室主任靳玉生追求赵妍，赵妍不堪其扰，在莫斯科餐厅将他狠狠捉弄了一番，并声称陈雷是自己的男朋友。

赵妍爱上了陈雷，想方设法接近陈雷。陈雷始终无法忘怀丁绣文，有意躲避赵妍。为刺激陈雷，赵妍假装接受了靳玉生的戒指。陈雷知道后，来到组织部，和靳玉生发生争执。陈雷察觉到赵妍的爱，要求参与日本战犯的审理，借此避开赵妍。赵妍闻讯后赶到陈雷宿舍，发现门缝里夹着一封信。陈雷不辞而别，到达抚顺战犯管理所。陈雷接受了审理战犯露木清张的任务。在工作之初，陈雷经历了数次挫折。陈雷耐心地寻找露木的突破点。

政府允许日本战犯通信，陈雷希望能帮助露木与家人建立联系，赵妍来看陈雷，无意中透露她认识一位日本教授。在陈雷的恳求下，赵妍答应委托教授寻找露木的亲人。周幼芳在粮站遭到粮站主任的侮辱，之后又发现丈夫肖光华已经转狱，并给她留下了一纸离婚书。邻居王大妈同情周幼芳，给公安局写了封问题反映信。为帮助周幼芳解决生活困难，张旭成在抚恤金发放名册中加上了周幼芳的名字。

露木的女儿来到战犯管理所，与女儿见面后，露木企图自杀，陈雷为露木输血急救。可随着露木的交代，陈雷震惊地发现，露木居然是当年杀害他父亲的凶手。最高人民检察院对战犯宣布特赦，露木也在赦免之列。送日本战犯回国的前夕，陈雷从枪库里偷走了一把手枪，虽然没有酿成大祸，但他依旧被记大过，并被送回松嫩检察署。绣鹃在信中透露她要嫁人，张旭成急忙赶到小石棚村。

张旭成与绣鹃终于走到了一起。即将举行婚礼时，绣鹃请赵妍和陈雷做他们的伴娘和伴郎，陈雷因此卖掉了丁绣文送给自己的手表为他们筹备婚事。陈雷与赵妍在婚礼前产生了矛盾，赵妍借酒浇愁，醉酒后大病一常赵元普心疼女儿，找到了陈雷，希望他能认真对待与赵妍的感情。

上世纪60年代初期，公检法合署办工，赵元普调任松嫩市委第三书记，陈雷任侦查监督处处长。“凯歌号”轮船触礁沉没，为查清沉船原因，陈雷着手调查。在调查过程中，陈雷发现了一些疑点，带着疑问，他寻找失踪的轮机长，了解了沉船的真相。陈雷认定船长王宽平犯有严重的渎职罪行，他要求对“凯歌号”沉船案重启调查程序。

工作组找陈雷问话，一直想报复陈雷的靳玉生推波助澜，向工作组报告陈雷有苏修特务嫌疑。陈雷在上班途中被工作组截住，告知他已经被隔离审查。“凯歌号”沉船案真相大白，重新定性，相关人员受到了处罚，但本该受到表彰的陈雷却因省调查组的审查被下放农常

知道陈雷要去农场的消息后，赵妍决定跟他结婚，二人在火车旁举行了婚礼。周幼芳的儿子郑天亮到了上学的年龄，在学校，郑天亮因为没有父亲受到同学的欺负。下放到学校的大学教授郭子敬留意郑天亮，了解他家的境遇后，开始关心周家的生活。在农场劳动的陈雷接到场部的传唤，钟场长请求他帮助场部破案，陈雷接受了任务。陈雷来到狱区，与罪犯彭金龙关在一个号子里，为了换取对方的信任，陈雷不惜经受皮肉之苦。

彭金龙对陈雷的身份有所觉察，打探陈雷的底细，弄清了陈雷曾经是检察官的真相。深夜，陈雷从梦中惊醒，发现自己被五花大绑。陈雷沉着应对，在生死关头暂时骗取了彭金龙的信任。场部忽然接到命令，要求钟场长取消破案计划。陈雷不愿半途而废，请求再给自己最后一次机会。

最后关头，陈雷将彭金龙制伏。因破案有功，场部准备给陈雷一个探亲长假，可陈雷却将探亲假让给了别人。赵妍带来了松嫩商业局的接收函，准备与陈雷一起回松嫩。陈雷去场部办公室办理离场手续，但一次突发事件让他回松嫩的希望瞬间化为泡影。张旭成受到调查，周幼芳受到牵连。张旭成让绣鹃通知周幼芳离开。

陈雷在劳动时伤了腿，农场安排286号犯人为他救治，没想到这个犯人竟然是肖光华。赵妍怀孕在身，赵元普遭到攻击。侯组长与靳玉生串通一气，在档案馆里密谋陷害赵元普，被赵妍听到。肖光华在监狱里为陈雷治好腿后，也因病死去。临终前肖光华交给陈雷一个笔记本，托他有朝一日转给周幼芳。为了保护自己的父亲，赵妍动了胎气，难产去世，留下了女儿陈雪。

上世纪70年代中期，陈雷离开农常回到松嫩后，陈雷被安排在松嫩计量局工作，与女儿小雪生活在一起，但小雪与陈雷10多年没有生活在一起，存在着难以逾越的隔阂。周幼芳一家离开松嫩后投奔郭老师，在白山煤矿生活。郑天亮成了一名矿工，与矿长的女儿刘小梅恋爱。1977年高考恢复，因父亲一栏不详，郑天亮报名受阻。

为让儿子顺利参加高考，周幼芳找刘矿长说情，刘小梅情急之下绝食抗争，终于让刘矿长答应了郑天亮参加高考的要求。郑天亮以优异的成绩考上了北大。周幼芳希望能找到多年生死不明的丈夫肖光华，向他报告这个喜讯。周幼芳历经周折，找到了肖光华服刑的农场，得到的却是一张死亡通知书。郭老师回校任教，与周幼芳依依惜别。

为帮儿子筹集学费，周幼芳糊纸盒挣钱，引发眼疾，郑天亮决定不去北大，留下来照顾母亲。为了让郑天亮安心求学，刘小梅牺牲了自己去大学的机会，留在矿山。检察院恢复在即，省委书记找到赵元普，要他重新挑起重担。重组检察院的工作开始，唐检察长希望陈雷能离开计量局，回到检察岗位。为了做通陈雷的工作，唐检察长将临时办公室放在了计量局。陈雷在接孩子上学时，邂逅赵妍以前的同事小伍，从小伍口中听说赵妍出事的细节。

为查清真相，陈雷回到检察院，任冤假错案平反小组组长。周幼芳得知检察院恢复的消息来到松嫩，托张旭成将申诉书交到检察院，希望能为肖光华平反。陈雷重新核查了101枪杀案的案卷，驳回了申诉请求，不予平反。替赵元普平反的任务交到了陈雷手上，陈雷本以为这是一次例行调查，但他很快就发现事情比他想像的复杂。刘小梅一边照顾周幼芳，一边进行高考补习。刘小梅的父亲刘矿长卷入了一件经济案，刘小梅面临家庭变故不知所措。

刘小梅离开郑天亮，通过这种方式拯救家庭危机。在对赵元普的调查中，陈雷接近了真相：他父亲的死，赵元普负有不可推卸的责任。陈雷无法接受这个残酷的事实，决定离开松嫩，带着女儿南下特区。8年后，陈雷成为特区检察长。性格叛逆的陈雪在某快餐店工作。郑天亮成为年轻的北大法学教授，来特区讲学，这引起了陈雷的注意。

陈雷为建设检察院招揽人才，为了将郑天亮招到检察院，他煞费苦心，甚至将与郑天亮分离多年的刘小梅请到特区。陈雪因与画家老邱有染而怀孕，陈雷深受打击。张旭成的儿子张宝剑想要照顾陈雪，但陈雪却不辞而别，一个人去了渔村。陈雷找到女儿之后，表达了他对女儿的理解。

郑天亮终于答应到特区检察院工作。为帮助陈雪走出阴影，默默爱着陈雪的张宝剑提出要跟陈雪结婚，他的想法引起了父亲张旭成的反对，陈雪为了躲避张宝剑，提出去香港接受培训。检察院接到举报，开放区管理办公室的黄文涛有重大经济问题，陈雷让郑天亮进行调查。通过与黄文涛的几次接触，郑天亮发现黄文涛是个难缠的对手，预感到他的经济问题不少。调查过程中，郑天亮捕捉到了黄文涛犯案的蛛丝马迹。

黄文涛意识到检察院正在加紧对自己的调查，决意搅局。他假装逃走，使检察院在没完全掌握他的犯罪事实时忙中出错，随后又制造影响，使检察院的调查陷入被动。为了消除负面影响，陈雷亲自送黄文涛出看守所，并对郑天亮做出降职处分，将他派到驻所检察室。郑天亮在看守所发现了新的与黄文涛有关的证据，检察院重新对黄文涛进行暗中调查取证。

黄文涛终于被逮捕，但他聘请了最有名的律师为自己辩护，做最后一搏。考虑到对方律师的强大，检察院慎重挑选公诉人，陈雷决定亲自出庭公诉，义正词严地维护了司法的公正，将黄文涛绳之以法。张宝剑涉嫌伪证罪被吊销了律师执照。陈雪从香港培训归来，与张宝剑结婚。1997年，新《刑法》实施。死刑犯江大勇由于在死亡裁决书送达时出了纰漏，恰好跨越了10月1日这个新旧《刑法》的分水岭。

按照新《刑法》，江大勇犯的盗窃罪不适用死刑，郑天亮发现问题后向陈雷请示，在公检法会议后，一致决定请专家讨论。郑天亮向高检领导反映情况，但车在路上抛锚。最后一刻，陈雷拨通了最高检察院的电话，完成了著名的“刀下留人”。通过这个案例，陈雷认识到自己在法治理念上的局限，决定卸任，由郑天亮出任特区新一代检察长。时隔多年，周幼芳再次对当年肖光华的案情进行申诉。

陈雷来到阔别多年的松嫩，对40多年前101枪杀案进行重新调查。经过重新鉴定，终于呈现出真相，松嫩检察院为肖光华平反。作为案件承办人，张旭成要求承担责任，得到周幼芳的谅解。陈雷也以自己的方式向周幼芳表达了歉意，并开始撰写回忆录，对自己一生的经历进行反思和总结……