故事發(fā)生在一九三七年被國民黨反動(dòng)勢力統(tǒng)治下的魔都——上海。上海灘的著名電影演員李夢(mèng)露(王麗坤 飾)突然在包住的百老匯大飯店墜樓而亡，引起軒然大波。各界議論紛紛，官方早早給出結(jié)論是自殺。上海著名偵探羅桑天(保劍鋒 飾)經(jīng)過現(xiàn)場勘查，認(rèn)為李夢(mèng)露墜樓下身出血，懷疑李夢(mèng)露懷孕。與此同時(shí)，李夢(mèng)露家被盜，失蹤的病例以及家周圍發(fā)現(xiàn)的嬰兒的褲子，使羅桑天堅(jiān)定李夢(mèng)露懷孕的事實(shí)。也確信一個(gè)有著身孕并且連孩子衣服都已經(jīng)置辦了的女人是絕對(duì)不會(huì)自殺的。羅桑天立刻要求對(duì)李夢(mèng)露尸體解剖。但是，警察局長卻拒絕了羅桑天的請(qǐng)求。羅桑天只好根據(jù)李夢(mèng)露生前所住的百老匯大飯店的住客鎖定了嫌犯。