Nội dung của phim Hồ Sơ Trinh Sát 3 xoay quanh một cảnh sát liêm chính, tốt bụng tên là Đại Dũng (Đào Đại Vũ) với sự thông minh, nhạy bén cùng sự nhiệt huyết với nghề, anh đã từng giải quyết nhiều vụ án hóc búa. Tuy nhiên, sự nghiệp của anh không mấy thăng tiến chính bởi bị một nhà báo xuyên tạc trong một lần phỏng vấn dẫn tới anh không được thăng chức, mãi chỉ là một sĩ quan. Trong khi đó, Lý Trung Nghĩa (Lương Vinh Trung) là 1 cảnh sát mới vào nghề, theo Đại Dũng học hỏi. Cô nàng Cao Tiệp (Quách Khả Doanh) là 1 kí giả chuyên săn lùng tin tức về những vụ án hình sự. Cha của Tiệp vốn là 1 cảnh sát hình sự nhưng bị bắn chết trong lúc thi hành nhiệm vụ nên mẹ cô không đồng ý cho con gái mạo hiểm, càng không muốn con rể mình là người làm cảnh sát thế nhưng duyên số đã đưa Dũng và Tiệp trở thành một đôi sau nhiều biến cố xảy ra….
