《同归于尽》故事爆发在三十年代的上海。捕探林梦山（王诗槐饰）的恋人马秀秀（周笑莉饰）被人创造死在上海开往日本的客轮上。不久前，马秀秀在日本的前夫陈德发（黄达亮饰）曾派人来上海，林疑此人为凶手，但此时马秀秀又活生生出现在林梦山面前，死者是谁呢？经调查，当时装尸体的铁箱买主是外籍侨民巴德列（彼得·雷格纳饰），林亲眼见到他曾追打过一个叫李莲花（常红艳饰）的女子，按照李母刻画，死者大概就是其女儿。因上司崇洋媚外，林不得已借日本警方的力量捕获了巴德列。数日后，陈德发抵沪，他纠结黑恶权力遏止林梦山连接侦察。马秀秀为救林梦山，在陈所住旅馆与其同归于尽......