《仙女快乐棒12厘米》在一次追捕行动中，警察马进（谢霆锋 饰）击毙连环杀手“将军”，却被对方射穿心脏，命悬一线，意外之下接受了心脏移植手术时隔一年半，国际上惊现数宗与“将军”作案手法完全一致的惊天大案，康复后的马进主动请缨，与犯罪心理学教授车家伟（刘青云 饰）联手展开调查。随着案情深入，马进发现了车教授身上藏有鲜为人知的秘密，车教授对“换心”后的马进产生了特别的兴趣。在二人互相试探、智斗暗涌的过程中，一场危及全港百万人生命的大战悄然引爆……