《黑白诀》剧情紧凑，悬疑氛围浓厚。故事发生在2005年的中原矿区阳泉县，年轻刑警韩证飞因举报同事、老刑警董超而被“下放”至此地锻炼，实则是为了调查未婚妻杨文丽在阳泉调查矿难时的意外车祸死亡案，以及变态连环杀手古小刀再次出现的案件。古小刀五年间犯下七宗命案，受害者均为失足女，死后后背被纹上白居易《长恨歌》的部分内容。

韩证飞刚到阳泉，就遭遇了马闻山女儿马文文在婚礼当天被绑架的恶性案件，绑架者疑似是马家的对头姚家。同时，韩证飞还遇到了木榔头自杀案、蚊子被杀案以及另一个失足女被害案。在破案过程中，韩证飞与老刑警任中华因工作风格截然不同而不断发生摩擦。

随着调查深入，韩证飞发现阳泉黑恶势力错综复杂，两大黑恶集团马家海山集团和姚家集团盘踞一方。同时，他还发现梦巴黎夜总会总经理谭一笑与未婚妻杨文丽长得一模一样，身份谜团重重。韩证飞在追查真相的过程中，逐渐揭开了阳泉的黑暗面纱。