1932年，北平，冈村要将金镂玉牒献给天皇祝寿，国民政府高参毕福友答应会按时送到，他们的谈话被躲藏房梁上的杨武师听到。燕子李三夜里看到一群杀手围攻杨武师时出手相助，他原本想和解，没想到那些日本人痛下杀手，幕后黑手后想杀人灭口时燕子李三腾空而起飞上房顶离开，日本杀手死于乱枪之下，郑瘸子赶快到时听杨武师说完那些话。

李三原本李华，1903年7月生于天津蓟县，自幼父亲双亡，后随叔父移居河北沧州入武当派传人陈孟川门下。毕福友得知行动不顺利有些意外，死者是毕福友家里护院的武师。郑瘸子回去后向李三说明情况，他拿出金镂玉牒的赝品给李三看，还讲出十二块金镂玉牒的来历。

李三身穿夜行衣来到毕福友府里打探情况，那里防守极为严密，防守开枪后看到纸燕子，他们知道燕子李三前来，毕福友听到枪声后也从屋里走出来，毕府乱成一团，李三不慌不忙地在屋顶喝酒，还用望远镜观看。毕福友带人来到三进院的藏宝室，他拿出金镂玉牒后听到外面传来可怕声音，随即收到李三被打死的消息后急忙赶过去。

李三用调虎离山之计引开毕福友后打开藏宝室的大门，地下毕福友留下的脚印让李三很快找到藏有金镂玉牒的保险箱。毕福友赶到前院里发现从空中打下来的是假人，等他意识到中计时李三已经打开保险箱并拿走金镂玉牒，毕福友看到李三留下的东西后命人通知警察并让邵光耀来他的办公室。

冈村得知金镂玉牒被盗后命人不惜付出一切代价抓住李三，李三拿着金镂玉牒给郑瘸子看，他不想卖国宝，还让郑瘸子保管金镂玉牒。毕福友的侍卫长在警察面前气焰嚣张，黄局长安排队长周志岳勘察，邵光耀到后侍卫长安排他办案，周志岳带人出门。毕福友指责侍卫长自做主张，并让他请回周志岳，邵光耀也被毕福友指责，毕福友让他在暗中观察。日本人在案发现场注意到李三的行踪，李三上墙甩开他们。

李三在高处观察着周志岳的调查，他发现被跟踪后起身离开。周志岳带刘杰等人查看现场后明月李三作案的过程，他被称为北平第一神探，周志岳向众人分析空中假人的运行原理，毕大小姐知道李三只盗不义之财，她还认为毕福友是清官。由美子率四名忍者一路追踪李三，李三消失在他们视线中。毕府侍卫长想动枪时被周志岳教训，刘杰将枪的零部队组装好后还给他。

李三故意出现和追赶的日本人交手，打斗之中他的胳膊被从偷袭的忍者所伤，之后用遁地术离开。回去后郑瘸子给李三包扎伤口，郑瘸子明白危险无处不在。难民涌入北平城中，街上的很多店铺关张，李三知道后让人打出毕府施粥的名义在毕府外对难民施粥，难民见到毕福友后表示感谢，毕福友并不清楚来龙去脉，他只能应承下来。

毕福友回府后向侍卫长了解情况，他怀疑是燕子李三所为，毕福友接到冈村电话，冈村询问施粥之事，毕福友将怀疑之人说明。邵光耀来到小店里逼问燕子李三的下落，李三开口说话吸引他们过去，他制服邵光耀后亮明态度，邵光耀想带他去警察局，李三这才发现中了埋伏，他躲过一枪后被邵光耀威胁，李三不忍看小店老板被害答应跟他走。

由美子在人暗中看到邵光耀带走燕子李三，李三被押上囚车。燕子李三被抓的消息在北平城传开，郑瘸子得到消息后前去相助，他故意用钱来制造混乱，军警看到钱后放松了对李三的看押。郑瘸子趁机开走囚车，邵光耀带人追赶过去，由美子也带忍者赶往。李三用缩骨功挣脱手铐，等邵光耀赶到时李三已经离开。

由美子和忍者发现李三和郑瘸子的下落后悄悄跟踪过去，他们想找到落脚地。李三让车夫在妓院门前停下，郑瘸子追上后付钱，两人一同进入妓院，郑瘸子也是为了安全起见，他有一个相好叫飘飘，刚才为了救李三他用了假钞。由美子在李三房间的隔壁偷听，李三意识到郑瘸子手上的扳指不见了。

李三担心郑瘸子的扳指落在警察局，邵光耀一直紧盯着案子不放。郑瘸子叫来妓女陪李三，李三被拉到床上，自称小蝶的女人拿刀架在他脖子上，李三早就发现她是日本人，两人打了起来，李三借机占起由美子的便宜，由美子不是他的对手，李三点了她的穴道。李三扛着由美子出门时被四个忍者拦住，他让郑瘸子先走，由美子在李三肩上一动一动，李三打退忍者后找起由美子离开，但又被追上。

李三的功夫被众人称赞，由美子拿他无可奈何，李三将她扔入妓院后飞身离开。李三在街上看到老百姓抗日情绪高涨，那王爷接见日本人冈村被众人指责，靠乞讨为生的老人和孙女被李三相助。冈村将溥仪的诏书交给那王爷，那王爷感恩戴德，日本人看中后海十八号的亦框王府，那是当年乾隆留下的产业。

那王府答应三日后把亦框王府的地契交到冈村手上，他们的谈话被李三躲在高处听到。街头卖艺的兄妹杜小飞和陈若云赢得观众喝彩，前来闹事的流氓被他们打翻在地，众人拍手叫好，地痦叫来警察后兄妹两人被好心人唐笑笑所救。那王府烤鸭店的生意兴隆，李三进门后点了三只烤鸭，他没切片就拿起整只吃起来，三只被他全部吃完，算账时李三只说自己吃了一只。

店掌柜知道后让人通知护院武师前来，李三故意闹事指责店掌柜，店掌柜让他拿出证据，两人打赌，李三让店掌柜拿秤过来，秤挂在他身上吊起来后才七斤八两，众人吃惊不已。杜小飞和陈若云是河北沧州人，唐笑笑请他们吃饭，他们来北平是找李三，杜小飞想说出来时被陈若云提醒，唐笑笑留下电话号码给他们。

那府护院武师来到后李三开始砸店，那些武师根本不是他的对手，店掌柜受到惊吓，李三让他转告那王爷，食客们拍手叫好，等李三走后店掌柜叫警察前来，食店们猜想他就是燕子李三。邵光耀准备通过高访假钞和扳指来寻找李三同伙，他们想搞垮周志岳。李三给消防队打电话说那王爷府着火，之后李三上到树上将火苗扔入那王爷府里。

那王府失火后陷入慌乱之中，那王爷赶过查看，他指责厨师们偷奸耍滑，因人手不够给消防队打电话。李三穿着消防制服假冒消防队的人来到那王府，他建议那王爷将家里贵重的东西聚到一块儿妥善保管，那王爷回房间时李三悄悄跟上去，李三看到他从墙后拿出宝箱。消防队到后火势得到控制，李三拿到需要的东西后离开。那王府的厨师和护院发生争吵，那王爷发现有人故意放火，柴堆中发现小火把。

那王府报警，周志岳接完电话后派人过去调查，他让人找一辆大马车。周志岳和刘杰换上工作服后从警察局出发，邵光耀感觉到被威胁。李三躲在树上看到周志岳带人将东西搬入那王府，入夜后李三进入房间被周志岳用网捕获，周志岳猜出他会来，周志岳在屋外布置了很多狙击手，李三被刘杰用手拷拷住。李三被押上警车，他在车里故意和警察聊天，双手顺利从手拷里出来，拿到钥匙后李三飞身逃走，警察上前阻拦时被打翻在地上。

李三开着囚车离开，周志岳命人追赶，邵光耀躲在一旁也借机也开车追赶过去，等邵光耀赶上后发现只有空车一辆，李三早已逃的无影无踪。周志岳看到囚车上的完整手拷，他猜出李三用了江湖上失传已久的缩骨功，警察只好无功而返，周志岳没想到遇上一个令他敬佩的对手。杜小飞和陈若云从报纸上得知师兄李三的下落，他们要先找到住的地方安顿下来。

黄局长向邵光耀询问情况，周志岳已向黄局长汇报抓捕之事。街头巷尾对燕子李三议论纷纷，杜小飞想打听李三时被巡警注意，巡警要抓他时杜小飞急忙逃脱。周志岳不理解燕子李三逃走为何要上报纸，黄局长也是迫于压力，他让周志岳好好破案，周志岳这才理解。李三来到郑瘸子的店铺，郑瘸子已将老太太安置好。

毕福友对抓捕李三一筹莫展，他为冈村在金沟赌坊策划了赢利活动，由美子向毕福友说起红白芙蓉图，毕福友赶往天津去找它。警察在街上四处寻找燕子李三的下落，随便抓人时被李三看到，李三化妆成老头想整治他们一番，警察被李三戏弄，围观群众拍手叫好。黄局长知道警察被戏弄后十分生气，周志岳认为李三有资格挑衅，抓住李三已成为他最高的理想。

李三收买那王府的工人后混了进去，干活时借肚疼之机溜开，他再次来那上次被擒的那个房间里仔细搜查起来，那王爷已将东西换了地方。李三发现那王府的保险柜后在下面放置了炸药，随后将锁锁上，王府的武师发现他的踪影后向那王爷汇报。那王爷开门进屋后见保险箱还在，他猜想李三已经进屋，那王爷打开保险箱看后宝贝都在，保险箱下面的炸药被发现。

护院武师看到炸药后认为安全，那王爷准备将保险箱换个地方，他要等李三离开王爷府后再搬。那王府干活的工人下工后挨个接受检查，李三出去后飞身上树，他看到保险箱被挪走。黄局长命周志岳去那王府破案，邵光耀陪同前往。周志岳带警察在屋里埋伏起来，入夜后听到外面声音，周志岳出门查看情况，高处的敲鼓声将他们吸引过去，他们被李三识破。

周志岳知道中了调虎离山之计，接到报案后他带刘杰赶往孟府，邵光耀坚持要留下来等李三前来。周志岳来到孟府后看到纸燕子和两根金条，还发现艾条燃烧后留下的痕迹，看到屋顶的东西后周志岳猜出李三是如何让玻璃碎的。

周志岳明白之后赶往那王府，他知道燕子李三不会再来，还让孟府将金条留下。在屋内埋伏的警察听到书房里的声音，管家猜想可能是燕子李三来了，警察在书房里没发现李三，李三已飞身离开。邵光耀看到李三放在书房抽屉里的闹钟，李三正在保险箱处想办法打开，他试了多次都没能成功。周志岳看到闹钟后分析响动原因，当他意识到储珍楼里没人把守时急忙赶快过去，警察们听到爆炸声音后赶了过去，屋里的东西被炸得粉碎，保险箱从表面上看安然无恙。

那王爷用密码打开保险箱查看，东西完好无损，藏起来的李三震碎花瓶后从那王爷手上抢走东西后飞身离开，警察急忙追赶并开枪，李三抓了一名警察当人质，周志岳命人将枪放下后趁机开枪，李三趁机逃走。李三命大，他被身上的酒壶救了一命，等安全后李三拿出酒壶并拨出弹头。那王爷跪下在地上向远方的溥仪诉说心声，亦框府的院落也不用给日本人。李三是周志岳最难对付的对手，他的计中计让周志岳佩服，周志岳很期待再次和李三交手。李三将东西交给郑瘸子，邵光耀被毕福友训斥，他身边早已安排探子。

邵光耀向毕福友问起李三偷走何物，毕福友让他坐下细听。李三对周志岳也很佩服，他打算近期出去兜风以避开警察，还让郑瘸子挑一些东西留下来。李三带着点心来到他曾救过的大娘那里的混沌摊，大娘一直想感谢他，她做了一双鞋和夹袄送给李三，李三收下。毕福友接到天津青帮老大的电话后得知金钩赌坊被发现，他让他务必办好红白芙蓉图。

山西王厅长来到北平，还特意带礼物给毕福友，王厅长见到美女后上前调戏，李三在一旁看在眼里。李三假装奉毕福友之命前来接王厅长等人，他提醒他火车站不太平，还谈起燕子李三，李三抢过王厅长手上的箱子后急忙跑走，警察闻讯追赶，李三飞身上墙后带东西离开，他在高墙上扔下纸燕子后上了火车。邵光耀被毕福友指责，毕福友准备近期去天津。李三来到天津，他坐黄包车去了国际大戏院，当李三发现车夫是破脚后下车查看，见他受伤后猜出车夫肯定得罪人了。

李三听车夫说起金钩堵坊之事，车行的好多人都欠着钱，李三将一些钱交到车夫手上并让他回去养伤，还劝他以后不要再赌钱。李三在街了救了被金钩堵坊追杀的胖子，那胖子是大公报的记者甄帅，他想报道时才被追杀，李三扶甄帅去了医院。天津青帮老大得知追杀记者失手后指责手下无能，还安排人去医院里搜查。

甄帅在医院里接受救治，李三站在医院高处看到青帮的人前来闹事，甄帅的伤还要处理半个小时，李三进屋后劝大夫快一点儿。李三拦住要上楼的人，他让看热闹的人躲一下，青帮众人被打倒在地后灰溜溜地离开。甄帅包扎后下楼见李三已赶走前来闹事之人，他们从医院后门离开。周志岳推断李三去了天津，他想去天津抓人时被黄局长阻止，肖克在会上和刘杰发生争吵，邵光耀赞成周志岳去天津追捕李三。

甄帅和李三来到天津大饭店落脚，他向李三说起近期的恶性事件，甄帅已经发现金钩赌坊的阴谋，他的良知告诉自己要坚持下去，甄帅向李三辞行，李三送他回去。肖克不明白邵光耀为何赞同周志岳去天津，邵光耀是故意给周志岳出难题，找到李三同伙成了他最想做的。李三送甄帅回去途中看到一支送葬队伍，打听之后知道死者也是因为金钩赌坊的高利贷，李三让人将钱交给那两们老人。李三来到金钩赌坊，他赢了不少钱，赌场的人看不出他的手法，派出的女人也无可奈何。