《真凶难逃》讲述了罗城刑警大队侦破连环案件的曲折过程。某夜接到小区枪案报警后，探长大刘和警员孟津到场发现竟是杀狗案。急于立功的孟津起初不满被安排处理小案，但在大刘劝导下展开调查。此时大刘儿子遭遇校园暴力住院，他却因公务缠身无法照料；同时孟津女友以分手要挟他调离刑警岗位。就在两人陷入个人危机时，市中心医院发生持枪抢劫案。专案组通过弹道比对发现与杀狗案枪支相同，线索指向嫌疑人李成和。在上级支持下，警方运用科技手段锁定犯罪团伙，最终抓获主犯丁三，让罗城重归安宁。故事展现了刑警在破案压力与家庭矛盾间的艰难抉择。