1980年春天，天津火车站人头攒动，南来北往的旅客们提着自己的行李在候车室里等待火车。这时一个身材高大的女性走进了火车站，这个女子穿着非常普通，丢在人堆里都找不到，可是她依旧给人留下了极深刻的印象，因为她的肩膀上正托着一口大箱子，这个箱子看上去可一点儿都不轻巧，不过在她的手中却“如臂指使”看着一点都不费力。这个女人步伐轻快地走进候车室，随便找了一个座位坐下之后也许是太无聊了，慢慢打起了瞌睡。
不久车站中又来了一位身怀六甲的孕妇，这位孕妇在候车室里转了几圈却没有找到座位，站了一会儿后实在是站不住了。一旁的便衣民警小忻看到了这一幕走上前去扶住这位孕妇，拍了拍正在打瞌睡的壮硕女子想让她给这个孕妇让个座。可是女子清醒之后只是一脸紧张地抓着自己的箱子一点儿都没有让座的意思，无论小忻怎么劝这个女子都不理不睬。而且不仅是自己不愿意让座，旁边的座位分明没有坐人只是放着她的箱子，她也不愿意将箱子拿下来让孕妇坐下。小忻看到这位女子蛮横无理的态度也有些恼火，伸出手就想把她的箱子提下来，可没想到的是自己一个大男人竟然抢不过这个女子，箱子被女子握在手中纹丝不动，无论自己怎么发力都没有用。
女子看到别人动了自己的箱子似乎非常紧张，一拳就朝小忻头上打来，小忻作为警察也不是白受那么多年训练的，当即想要避开，可是这一拳还是打在小忻的耳朵上，火辣辣的疼。小忻下意识的一巴掌朝这位壮硕女子头上扇去，没想到这一巴掌还真扇出了事，这个壮硕女子竟然被他打掉了一把头发。
这时候小忻才明白过来，这哪是什么女子，这是一个男扮女装的大男人。男子见自己的伪装已经暴露，一脚朝小忻踢去，趁着小忻闪躲之际，提着箱子撒腿就跑，小忻一见他要逃跑连忙叫上几个车站干警一起追。男子在前面跑，警察在后面追，就这样你追我赶之间跑到了车站的第6站台。站台上正在卸货的工人发现了这一幕，他们自觉地挡在男子面前想要拦下他，可是这时令人意想不到的一幕出现了，男子竟然快跑了两步，踩了一脚停靠在那里的火车，一借力蹿上了车顶。
一幕看起来只有在电影里才会出现的画面发生了，男子在车上跑，三个警察带着不少工人在下面追。本来以为等到了列车尽头男子走投无路就会被抓住，结果男子竟然在快到车头时突然折返又回到车尾，如此反复了三四次车下的人终于都累瘫了，而这个男子却跟没事人一样。
直到车站派来了更多增援才把男子围堵在列车上，可是这时另一侧又开过了一列火车，男子从车上往下跳去，越过人群几个起落上了另一辆火车。车站工作人员紧急联系火车，将火车叫停，可是男子早就不知去向，不过之前他一直紧紧抓在手里那个藤条箱子反倒是被遗落在地上。
小忻等几名警察将箱子带回了派出所进行检查，可是一打开箱子之后几人都傻了眼，箱子里装得满满都是钞票，上面还有银行点钞员的签名，显示箱子里一共有10万元现金。1980年的10万元是个什么概念？最直观的对比就是当年的茅台酒每瓶只要11块8毛钱。在天津哪怕是干了20年的老警察，工资一个月也就只有60元。
小忻等人见到箱子里如此巨款不敢怠慢，赶紧向上级部门汇报，在上级部门指示下刑侦四科的黄警官负责侦查此案，可是由于这些钱款都是旧票，警方没有查出这些钱款是从哪家银行发出来的。警方在周围县市的银行走访了一圈都没有得到什么有效的信息，黄警官就听从上级指示，将10万元现金拿去封存只留下箱子作为线索。然而在往出取现金的时候黄警官发现了一个破案的突破口，箱子里有一张盖着模糊油戳的邮寄挂号标签，上面写有河南、汝南、胡家沟、1979年等字样。这个发现让黄警官感到非常高兴，就像在一团乱麻里找到了一个值得梳理的线头。
根据这个邮寄挂号签警方推断逃跑男子必然与汝南有千丝万缕的联系，于是黄警官就带着两名助手紧急前往汝南胡家沟调查。
胡家沟是汝南的一个小镇，全镇人口大约有7000多人，黄警官带着这些证物前往当地的邮电所进行调查得知这是三件印刷品，在邮电所工作的投递员告诉黄警官收件人是供销社的刘敏华。可令警方感到失望的是这个刘敏华早就已经在两个月前被派去广州了。无奈之下，警方只能再次前往广州调查，就在警方刚刚准备出发时，广州那边却打来电话说刘敏华的妹妹已经前往河南郑州，于是在前往广州之前，警方决定先和刘敏华的妹妹刘敏英接触。在对话后，警方了解到刘敏英是来寻找自己哥哥丢失的10万元遗产的，这笔钱在刘敏华离开汝南时被人偷走，不翼而飞。
关于这起案子，河南警方已经成立了专案组进行调查。据河南警方了解，刘敏华此人患有轻度精神疾病，1979年年底到1980年2月初时正在被疾病所困扰，关于那段时间的事他记不太清了，只给警方提供了三个经常去他家，并且知道他有一笔遗产要继承的朋友姓名。专案组立刻将这三人的照片收集起来可是对比之后，却感觉这三个没有一人像是当初逃跑的男子。由于其中两名因为有明确的不在场证明已经被排除嫌疑，唯一剩下的就是一个叫胡家诗的人，一番调查之下警方了解到这个胡家诗竟然早就已经因为聚众赌博被关在县公安局里了。在一番提审之后胡家诗的作案嫌疑也被排除了，毕竟刘敏华当时患有轻微精神病，如果胡家诗想要下手，不需要拖到2月份，应该趁着刘敏华犯病先下手为强。
于是警方就从当时逃跑男子的第2个特点——会武功查起，尤其是脚上功夫好的人。在对胡家沟950多有作案条件的人进行为期几天的排查之后警方锁定了三个犯罪嫌疑人，这三人是950多人里轻功最好的，而且更巧的是这三人在事发当天都没去上班。不过命运再次给警方开了个小小的玩笑，经过车站便衣警察小忻的指认后，认为这三人里并没有当初的犯人。
原本以为案情线索又断了，警方正在感到头痛的时候，一位住在胡家沟的抗战老兵站了出来给他们提供了一个至关重要的消息。那就是他们当初所追的犯人根本用的就不是轻功，而是杂技表演才会用到的功夫。这句话如当头棒喝一般惊醒了专案组各位警官，他们立刻调查到一个当地已经解散的马戏团，在将女人和其他不会这项特技的员工排除掉后只剩下两个犯罪嫌疑人，一个叫谢震庭，一个叫郎必扣，其中郎必扣因为去年出过一次车祸，现在落下了残疾，早就无法进行杂技表演了，两人中只剩下谢震庭还有这个能力。
可是专案组在对谢震庭进行走访调查时，谢震霆却又说出一个惊人的消息，当时杂技团里会这项功夫的，不只是自己三人，还有杂技团里的小丑李锡诚，他的技术比三人只高不低，只不过此人为人低调，从不提出表演杂技而是甘愿做一个小丑，此时这个人正在李夏公社供销社工作。在专案组成员秘密拍摄下李锡诚的照片后，车站警察小忻指认这个人和当日火车站的飞贼非常相似。
确定了犯罪嫌疑人，其他事情就都好展开了。警方让杂技团的老团长给李锡诚带一句话就说有新杂技团即将开张，县里来的领导想请他入团，工资待遇都有保证。
李锡诚就这样毫无防备地被引到了警方的埋伏地点，在他迈入大院的那一刻，警方和当地几个坚强力壮的年轻人一拥而上将李锡诚围堵抓获。
据案犯李锡诚交代自己因为工作关系经常去胡家沟供销社进行沟通，供销社员工就是刘敏华的朋友，这个人是个酒鬼，有一次喝醉酒之后，说出刘敏华有一笔巨款的消息被他记在心里。之后他就开始观察刘敏华，在得知刘敏华即将前往广州后决定及时收网，用自己在杂技团里练出的一身功夫偷走了刘敏华的10万元现金。为了掩人耳目他男扮女装从河南前往东北，在天津转车时被警察小忻发现。失去资金的他最后只能回到河南，结果被警方抓获。
事发三个月后，李锡诚因为犯盗窃罪被判处无期徒刑。轰动一时的胡家沟飞贼案就此结案。