郝運(陳赫 飾)在去北京的高鐵上睡著了，他夢見了兩個一模一樣的許智，然后被吳愛愛(王子文 飾)拍醒，她告訴已經(jīng)到北京了。他們抵達(dá)北京和北京的動管局同事接上了暗號，但是那邊的同事要兩天后才能發(fā)給他們辦案的許可證，而且還不配車。郝運和吳愛愛只好假裝成游客去查案。

因為害怕吳愛愛的暴脾氣會誤事，所以郝運提出讓他去問話，吳愛愛同意了。郝運先是編故事，讓門衛(wèi)放他們進(jìn)入音樂學(xué)院，然后郝運又編了另外一個故事讓許智的老師說了許智有一個要好的室友。他們又找到這個名叫齊夏的室友。

郝運假裝他們是記者，但是齊夏明顯不想說，郝運只好拿出他影帝般的演技，撒謊說自己一直喜歡許智，在不久前得知自己得了癌癥，所以想來見見許智，齊夏被感動了，便說自己和許智確實偶爾有聯(lián)系，她就把平時許智平時唱歌的幾個小酒吧告訴了他們，還說許智已經(jīng)改名，現(xiàn)在叫胡笑。

在胡笑唱歌結(jié)束后，郝運叫住了她，叫的是許智的名字，但是許智卻說他們認(rèn)錯人了。吳愛愛想強行上去抓人，郝運提醒她現(xiàn)在他們沒有辦案資格，他們只好找了個酒店先盯著胡笑，防止她逃跑。

吳愛愛和郝運住的酒店只剩下一個房間了，他們進(jìn)去之后發(fā)現(xiàn)這是個情趣酒店，兩人都有點尷尬，但是這個房間是能夠觀察到胡笑的房間，所以他們并沒有退房。他們在睡前觀察了許智，并無異樣。凌晨的時候，郝運意外發(fā)現(xiàn)許智拿起包似乎要走，他沒有告訴吳愛愛，而是自己跟上了許智，他發(fā)現(xiàn)許智去了燒烤攤吃燒烤。

在燒烤攤，許智依舊不肯認(rèn)郝運，郝運正準(zhǔn)備離開。沒想到醒來的吳愛愛發(fā)現(xiàn)許智不在，而郝運又不帶手機，所以她以為郝運想帶著許智逃跑，所以開啟了手環(huán)的電擊功能。郝運被電擊得差點倒地，許智這時候終于肯認(rèn)郝運了，也表明她肯接受調(diào)查。吳愛愛趕到，二話不說就把胡笑擒住，而動管局的負(fù)責(zé)人這時候也來了，他不知道吳愛愛的身份，踢了她一腳，得知她的身份后，瑟瑟發(fā)抖，還十分盡心盡力地協(xié)助他們辦案。

胡笑老實告訴他們，自己并沒殺許智，那次回明德也是許智叫她回去的，許智想再次和她交換人生，可是胡笑不同意，陷入癲狂狀態(tài)的許智想拿刀殺了胡笑，糾纏中卻自己刺中了自己，她以為自己可以再次分身，所以狠心想把自己再次切腹分身，但是許智最后還是因為失血過多而死，胡笑很害怕，她因為是蚯蚓分身，沒有注冊身份，她害怕自己不能再在北京唱歌，所以隱瞞這件事。胡笑還拿出了自己的錄音以證明自己的清白。

最后吳愛愛拜托洪探長給胡笑辦理一個許可證，但是為了將功贖罪，她必須定期以許智的身份回到老家探望她的養(yǎng)父母。旁邊的郝運，因為胡笑有了好的結(jié)局而發(fā)自內(nèi)心地開心。在郝運離開北京之前，胡笑看了他最后一面，還把當(dāng)年他的日記本還給了他。在回去的高鐵上，郝運發(fā)現(xiàn)當(dāng)年自己父母死于的那場大火或許另有隱情，但是他的沒繼續(xù)思考下去，因為他的思路因為吳愛愛打瞌睡，而靠在他的肩膀上睡覺，被打斷了。郝運還特地拿出手機把吳愛愛靠在他的肩膀上睡覺的樣子拍了下來。