千禧年(2000年)初夏，厦海市，一个月黑风高的深夜，有人潜入城市花园小区的一处豪宅，刚要动手时听到门声后藏了起来，年轻、美丽的女内衣模特程萌萌住在那座豪宅中。接着又有两名男人先后而后，最后一名男人发现程萌萌被害后报警，警方到时报案人已离开，程萌萌生死不明地躺在一客厅里……
法医对程萌萌检查时发现还有脉搏，警方急忙把她送往医院抢救。刑警队长左威对现场仔细勘察后发现一丝踪迹，医生对程萌萌马上实施手术，她的身份证被藏在冰箱的保险柜中，片警说明这个房子原本是香港人，报案人的匆忙离开让老队长王建明百思不得其解。
终极悬案剧照
王建明和左威来到医院了解情况，廖院长告诉他们程萌萌的情况很严重，还在昏迷之中，十几个小时的抢救才保住命，即使活下来也会成为植物人。医生吃惊地发现程萌萌已身怀六甲(身孕)，胎儿一切正常，王建明让廖院长务必做好保密工作。左威仔细调查后发现程萌萌的身份证和暂住证都是假的。
王建明收到案情通报后赶往玉泉山庄，警车直奔滨海大道行驶，大路被发现后左威接替跟踪一辆红色轿车，等左威追上时看到开车男人倒在方向盘上，王建明随后赶到，他猜想中途上车的年轻人可能是职业杀手，刚开走的白色富康轿车引起了王建明的怀疑。王建明分析凶手就是开富康车的人，骑摩托车贴申奥宣传广告的人也很可疑，王建明提醒警员们不要乱猜。
杀人凶手吴樾在公共电话厅打电话，王建明调查到死者是新东海集团副总裁张大鹏，张大鹏出身军人家庭，退役后和新东海总裁袁大头相交。郝刚去见袁大头，袁大头想让他重操旧业，郝刚认识张大鹏，张大鹏的死让他很意外，袁大头不想找警察帮忙，郝刚同意亲自调查。
终极悬案第2集剧情介绍一名持枪的黑衣男子硬闯袁大头办公室，袁大头见到后并不害怕，两人坐下谈话，他们的谈话声音被郝刚听到，郝刚早在袁大头的电话旁安装监听。王建明怀疑内部有人给张大鹏通风报信，张大鹏身上未见伤痕，法医正在验尸，王建明认为袁大头很难摆脱干系，他想以此为头进行调查，夏局长担心新东海集团的关系太复杂，他建议把张大鹏涉嫌走私案放一放，重点调查程萌萌案。
袁大头被黑衣男人用炸药威胁，对方已做好与石俱粉的打算。左威带人研究程萌萌案情，现场勘察的情况分析凶手和程萌萌认识，茶几上喝了半杯的咖啡引起警方注意，玻璃杯和电话上都留有不同的指纹，现场留下的头发推断出是男人的，查明程萌萌的真实身份是当务之急。
警方从物业公司那里看到房屋租赁合同，当天值班的保安也被询问。王建明回到家里，来不及吃饭就匆忙出门调查案情，超市的售货员也认为程萌萌和来购物的男人可能是包养关系。王建明和左威来到一家烧烤店吃饭，吃饭时两人商量案情，店老板也认识程萌萌。
警方从程萌萌拍的广告中调查到她曾为香港纤娇内衣有限公司当模特，邱导凭感觉推断她可能是湖南人，闲聊中也看出程萌萌对城市生活的渴望。烧烤店胡老板对王建明和左威讲起案发当晚看到情况，王建明听出胡老板一直那幢房子，胡老板的话引起他的怀疑。
胡老板来自台湾，他当年也干过警察，王建明一直留意他的神情。袁大头见到夏局长后提出拿五十万在社会上悬赏破案，法医鉴定没能发现张大鹏真正的死因，但可以确定是乳酸中毒。左威想通过媒体来寻找程萌萌的真实身份，王建明同意她的提议。
