《无间道3―终极无间》主要分为两条线索。陈永仁(梁朝伟饰)在殉职之前为了得到韩琛(曾志伟饰)的信任，甘愿以自己的性命为代价去和内地神秘商人沈澄(陈道明饰，实是内地公安的卧底)进行一笔重要交易，而狡猾的韩琛的目的无非是用陈永仁的命去证实沈澄的身份。在交易过程中，陈永仁不仅和沈澄发生了冲突，还受到警方保安科杨锦荣(黎明饰)的逼迫，腹背受敌。与此同时，陈永仁开始接受李小姐(陈慧琳饰)的心理治疗，在一次催眠过程中，陈永仁说出了真相，而两人的关系也由此发生了微妙的变化。
影片的另一条线索发生在陈永仁被杀的十个月后，刘健明(刘德华饰)开始接受警局的调查，权力被架空。他的风头逐渐被警局另一个明日之星―――杨锦荣所替代。一次偶然的机会，刘健明发现杨锦荣竟然也是黑帮派入警局的卧底。在痛苦中挣扎的刘健明在杀掉韩琛、陈永仁后，想将杨锦荣一并除掉，然后重新做人―――以一个真正警察的姿态走上正路，但他发现神秘商人沈澄和杨锦荣也同时在窥探着他的一切，这一切令他绝望而逐渐走上终极之路。
