《水落石出》第三部以2004年和2005年基层公安机关的真实工作为背景，讲述了东环市公安局九处重案队在队长范刚的带领下，英勇无畏、侦破一系列重大案件的故事。故事始于东环市郊外发现的一具被肢解的女尸。起初，“武疯子”被误认为凶手，却因证据不足被否定，但在此时他又病发杀害了一名出租车司机。重案队历经艰苦细致的侦查，终于找到了被藏匿的受害人头颅和四肢，确认死者身份并锁定了重大嫌疑人龙飞。然而，在取得确凿证据后，龙飞却被诊断为精神分裂症，依法不负刑事责任。面对这一困境，重案队同包庇犯罪的不法分子展开了更为艰苦卓绝的斗争，最终水落石出，伸张了正义，使罪犯受到应有的惩罚。此后，大光公司董事长魏明君与其死对头恒大公司的徐氏兄弟相继报案称高级座驾丢失。范刚将案件合并调查，成功打掉了一个集盗车、改号、喷色、销售于一体的盗车集团。但在收缴赃车时，重案队遭遇了地方保护主义的重重阻力，最终他们顶住压力圆满完成任务，魏董找回了自己的车，而徐氏兄弟因购买赃车赔钱，两家矛盾愈发加深。魏董曾设宴欲拉拢范刚，却因范刚坚守底线、拒绝同流合污而作罢。与此同时，队员们也面临着生活与情感的重重考验。案件结束后，喊振江开始与出租车司机的遗孀林秀明交往；而纳净云不仅要在一线缉毒——安排女侦查员周菁芳冒险打入租赁制药厂厂房制毒的犯罪集团内部，内外合力将其剿灭，还要处理棘手的家事：亲妹妹纳净洁来东环找工作，不仅频频闹事，还极力撮合纳净云与法医苗青，使得他与女友周菁芳的恋爱之路愈发波折。全剧案中有案，大案与小案巧妙穿插，紧张处令人惊心动魄，幽默处让人忍俊不禁，充分展现了现代刑侦科技在破案中的重要作用与公安干警的无私奉献。