삼례 우리슈퍼마켓 강도·살인 사건’이 일사천리로 종결된 이후 이듬해 주인공 황준철(설경구)은 새롭게 반장으로 발령을 받아 전주지방경찰청 수사계장으로 돌아온다. 황준철과 동료인 박정규(허성태) 형사는 관할구역 순찰 중 사건지역으로 출동 명령을 받고, 현장에 도착한 준철과 정규는 칼로 위협을 가하는 피의자를 검거한다. 그리고 한통의 전화가 황준철 반장에게 온다. 전화를 한 사람은 황준철 반장에게 1999년 전북 삼례에서 발생한 우리슈퍼마켓의 진짜 범인은 따로 있다고 전한다. 황준철 반장과 동료인 박정규 형사는 사건의 제보자를 만나게 되고, 제보자는 친구가 술만 먹으면 우리슈퍼마켓 주인 할머니를 자기가 죽였다고 말 한다는 제보다.

경찰청에 복귀한 황준철 반장은 ‘삼례우리슈퍼마켓’사건 기록부를 살펴보고, 의심이 되는 부분을 발견하는데……. 황준철 반장과 박정규 형사는 제보자 뽕쟁이의 도움으로 진짜 범인 조연우(배유람)와 부산에 도피한 이재석(서인국)을 검거하는데 성공한다.

황준철 반장의 재수사 진행에 불만을 가지고 있던 경찰서장과 최우성(유준상) 반장은 이미 종결된 사건을 다시 재수사 한다면 어떻게 국민이 경찰을 신뢰 할 수 있으며, 경찰조직의 체계를 무너트리는 것이라며, 재수사를 그만할 것을 명령하지만, 황준철 반장은 이를 거부한다.   
  다음 날 황준철 반장은 소년들의 집을 방문한다. 소년 1의 아버지는 사건발생 날 우리 아들은 온종일 집에서 라디오 수리를 하였다고 하고, 소년 2의 할머니는 치매를 알고 있어 사건에 대한 자료를 수집할 수 없었다. 소년 3의 집에는 대낮부터 술에 취해 쓰러져 자고 있는 아버지가 계셨고, 깨우려 했지만 이를 지켜보고 있던 소년 3의 여동생이 황준철 반장을 대리고 나간다. 소년의 여동생은 엄마가 사고로 하반신을 움직일 수 없게 되었고, 그런 엄마를 위해 심부름하는 것을 오빠는 제일 좋아했다고 한다. 어느 날 엄마는 오빠에게 농약을 사다 줄 것을 부탁하고,  사다준 농약을 오빠 앞에서 먹고 죽었다고 했다. 황준철 반장은 어떻게 엄마에게 농약을 사다줄 수 있냐고 소년의 여동생에게 묻자, 여동생은 사온 농약에 사이다를 넣어서 엄마에게 준 사람이지만 오빠는 지체장애자이어서 사리분별을 못한다고 이야기를 한다.

며칠 후 황준철 반장과 박정규 형사는 형무소에 수감된 3명의 소년들을 만난다. 황반장은 진범을 알고 있다 억울하게 옥살이 하고 있는 너희들을 구하고 싶다고 이야기를 하면서, 소년 1에게 잠겨 있는 문을 드라이버로 열면 바로 영치금 10만원을 준다고 했다. 허나 소년 1은 힘이 부친 지 잠긴 문을 열지 못하고, 소년 3에게는 수첩에 쓴 ‘황준철’ 석자를 읽으면 영치금 10만원을 바로 준다고 하였으나, 문맹인 소년 3은 이름 석 자를 읽지 못 한다. 

형무소에 수감된 3명의 소년이 진짜 범인이 아닌 것을 확인한 황준철 반장은 진범을 모두 잡아 잘못된 수사를 바로잡으려고 한다. 그러나 전 수사반장 최우성을 비롯한 당시 사건의 책임자였던 이들의 방해로 수사가 가로막히고 해당 사건의 유일한 목격자이자 피해자인 할머니의 딸 윤미숙(진경)에게 범인 조연우에게 받아던 진술내용을 들어 볼 것을 요청하지만 외면한다. 그리고 황준철 반장은 좌천이 되어 섬으로 발령을 받는다.

그로부터 16년 후, 동료이었던 박정규 반장의 도움으로 다시 돌아오게 된 황준철 파출소장에게 나타난 윤미숙(진경)은 사건에 대한 진실을 알게 되었으며 무고하게 옥살이 한 3명 소년의 무죄를 입증하기 위해 재심을 준비하고 있다며 도움을 요청한다. 하지만 황준철 파출소장은 16년이 지난 사건을 다시 하는 것은 너무 무모한 일이라며, 이번에는 황준철 파출소장이 거절한다. 
  윤미숙은 억울하게 옥살이한 소년들의 명예를 되찾기 위해 변호사와 함께 황준철 파출소장을 설득한다. 황소장은 그간 남아있던 자료와 당시 촬영되었던 동영상을 확보한 후 재심 신청을 준비하는데, 여기서 제일 중요한 것은 당시 범인들의 진술이다. 황준철 소장은 당시 범인이었던 조연수의 집을 찾았지만 조연수 누나는 조연수가 죄책감에 스스로 목숨을 끊었다고 전한다. 범인 2는 소재파악이 안되고, 이재석의 소재를 파악한 황준철 소장은 이재석을 찾아가 공소시효가 이미 끝났기 때문에 법적으로 죄를 묻을 수 없지만 무고한 사람의 명예를 찾을 수 있도록 다와 줄 것을 요청한다. 하지만 이재석은 재심에 참석하겠다는 황준철 소장과의 약속을 지키지 않고 잠적한다. 

시간은 흘러 2차 공판이 진행되는데, 변호인은 당시 촬영 동영상을 증거물로 제시하며, 동영상에는 진범 조연수와 이재석 촬영되었으며, 경찰이 제시한 조연수와 이재석의 해외 출국증명서는 조작된 서류라고 이야기 한다. 하지만 최우성 반장은 동영상의 정확성이 의심된다며 자체분석을 요청한다.

그때 진범인 이재석의 등장으로 모든 진실이 파헤쳐지고 피해자들에게 용서를 구한다. 재판부는 용의자들의 증거 신빙성이 없다고 판단되어 3명의 소년들에게 무죄를 확정하는 것으로 막을 내린다.

이 영화는 경찰과 검찰의 주먹구구식 수사에 대한 무고한 피해자가 발생되지 않도록 법적장치의 필요성을 제기한 영화이다.