打虎上山剧情以二十年前的一起冤案为主线，通过蓝海市公安局长韩一山和干警杨子荣一番险象环生的调查和追踪，撕开了笼罩在蓝海市的一张权钱交易网，揪出了潜藏在层层迷雾之后的“大老虎”。
2015年3月11日，蓝海市市长马建业遭枪击，市公安局长韩一山挂帅成立“3.11”专案组缉拿凶手。而此时韩一山却因涉嫌21年前“赵大海强奸”冤案，备受舆论压力。专案组认为赵大海之子赵钢因为父上访未果，曾扬言报复社会，拥有重大嫌疑。刑警队长杨自荣调查发现，韩一山曾怀疑妻子与马建业有染，与蓝海市首富蒋跃进有金钱交易，以及韩一山同赵刚之间的短信，认为是韩一山教唆赵刚枪击市长。
然而，随着枪击案真凶被蒋跃进灭口，进一步调查发现，马建业拥有巨额不明财产，并自编自导了“3.11枪击案”，蒋跃进也疑似“赵大海案”幕后推手。原来，韩一山是在省公安厅和巡视组的秘密部署下，打入马建业和蒋跃进贪污犯罪集团的卧底。最终，马建业和蒋跃进在转移资产时，被公安机关抓获，“赵大海案”和“3.11案”成功告破。
