电视剧《大侦探》分为三个单元：第一单元《隐身人》第二单元《滴血玫瑰》第三单元《愤怒的纽扣》故事述发生在明朝，一位有名的侦探破获很多离奇案件的故事。民国时期，上海滩的警察厅活跃着一位探长，他叫吴世光(梁冠华 饰)，是一个体格魁梧、幽默风趣、善解人意的胖子。他和同事崔友和、助手董少杰(李泽锋 饰)组成一个侦破团队，主持正义，去邪扶正，破获了多起大案要案，成为当时威震上海滩的大侦探。1913年上海火车站，著名革命党领袖宋教仁被暗杀身亡，主谋凶犯一直在逃。六年后的上海。大侦探吴世光和徒弟少杰正在饭馆吃饭，不远处的爆炸声打断了他们。两人来到案发现场，只见一片断壁残垣，烧毁的房中，躺着两位被害人。两人顺着现场的遗留线索，将目光集中在房主李明身上。而李明是一个毒贩，常常混迹于“好彩来”妓院中。而此时，上海郊区高桥，大户卢家迎来了阔别六年的二公子卢宝荣(李泰 饰)。而大公子卢宝昌对卢宝荣的归来很是不满，觉得威胁到了他的家庭地位。卢宝昌是“好彩来”的常客，这个被宠坏的大儿子吃喝嫖赌无所不为，此时又迷上了一个叫小蝶的姑娘。卢宝荣意外结识了小蝶，也被小蝶的不凡美貌和忧郁气质深深吸引。小蝶爱上了宝荣，却害怕卢宝昌的迫害。卢家出现了一位绅士，他叫赵文启(王小毅 饰)，饱读诗书，风度翩翩。他是从小和卢家的晴小姐订下的娃娃亲，二十多年没见，如今家道中落，希望入赘卢家，与晴小姐完婚。卢家大太太(吴冕 饰)对他十分鄙夷，晴小姐却对这个男人一见钟情。她留下了他，并暗许终身。 大侦探吴世光和徒弟少杰追踪李明来到“好彩来”。他们发现，“好彩来”不仅是一家妓院，同时是大烟馆，还是贩毒者进行交易的秘密场所。于是吴世光他们决定顺藤摸瓜，将追查凶手与贩毒案一并查获。李明罪责难逃。少杰化妆成毒贩意欲了解内情。但不想，正当他们掌握了证据准备抓捕李明时，发现李明已经被害。 卢氏二兄弟为了小蝶互相威胁。卢家矛盾再次升级。晴小姐和赵文启之间打消了误会，深深相爱。但李明的遇害却将卢家的重要成员悉数圈在吴世光的监视之下。大侦探吴世光通过蛛丝马迹发现，表现十分让人同情的小蝶，却有可能是暗害李明的凶手，正在这时，卢宝昌突然死于非命，而卢家人却拼命想掩盖宝昌死因。 雷雨交加的夜里，一系列奇怪的异动在卢家上演，而吴世光已经洞察了一切。在最后的暴力上演之时，吴世光神奇地出现。而在这一场景中出现的，还有管家德叔、小蝶、卢宝荣。吴世光叫来卢家全体，他开始讲述一个隐身人神秘故事。几桩案件的真相、凶手之间的复杂关系、男女之间隐秘的爱情等等，都在他的讲述中一一呈现，有关六年前宋教仁之死，也有了彻底的揭密，原来刺杀宋教仁的主谋凶手洪述祖正是潜逃到卢家的女婿赵文启。 年轻的银行职员梁照书(朱晓渔 饰)与同事苏雪怡(马境 饰)相爱，苏雪怡却离奇失踪。照书求助于少杰，也未有结果。这时，一直狂热追求梁照书的富家女区小曼(陈廷嘉 饰)家中不幸，父亲区茂宣被人暗害于宾馆房间。种种迹象表明，是梁照书作的案。 吴世光仔细堪验现场。他发现在现场，有几小片水锈的痕迹。这是怎么来的？这会与案情有关吗？通过一系列调查，吴世光认定梁照书不是凶手。 此时，城里另一个公馆中，一位风姿尚存却显得十分沧桑的女主人，正尽最大的忍耐，照料着一个年轻女人。原来，这个被照料的女人正是梁照书苦苦寻找的苏雪怡。而此时，苏雪怡正被她姐姐苏雪凝囚禁在家中，原来，苏雪凝因怕被丈夫陆义才(张鹰 饰)抛弃，骗自己的妹妹委身于丈夫，从而留住丈夫，保住自己在家中的地位。吴世光通过种种作案现场的细节分析，及种种艰难的取证，认定陆义才就是谋杀区茂宣的歹徒，并企图嫁祸于梁照书。就在警方抓捕陆义才的时候，却发现陆义才竟也已被人暗害。 吴世光抽丝剥茧，终于发现了掩藏在案情背后的惊人的秘密。 破获了陆义才案后，又一桩离奇案件发生了。这一次，被害人是在贫民区的一个酱菜作坊的泡菜大缸里发现的，这个大约十八、九岁的小伙子被大家很快认出，他是马家裁缝铺的老板马元庆的儿子马俊良，是一个人人讨厌的小阿飞。他的仇人似乎很多，但经过一一排查，吴世光发现，马元庆的邻居秋嫂(马睿 饰)和她的儿子小智嫌疑重大。此时秋嫂母子生活在巨大的惶恐之中，两人计划着逃跑。一个陌生男人突然出现在秋嫂面前，他威胁秋嫂，说他知道是小智干的，作为帮他们掩盖罪行的报偿，陌生男人要秋嫂帮他解决一个人，就是马元庆的妻子王丽珍。经过痛苦的挣扎，善良的秋嫂没有犯下罪行，反而告诉王丽珍有人要害她的事。此时，洞悉了一切的吴世光出现了。他揭开了一个有关亲情、伦理、爱欲背后的真相。谁是暗害了马俊良的真正凶手，也在此时揭晓。 大侦探吴世光，以他过人的智慧，匡扶正义，惩恶扬善，成为上海滩的一个传奇。