นครลอสแองเจลิส ปี 1949 คู่หูตำรวจอดีตนักมวย ลี แบลนชาร์ด (แอรอน เอ็กฮาร์ต) และ บัคกี้ ไบลเคิร์ท (จอช ฮาร์ทเน็ตต์) ได้รับมอบหมายให้สืบสวนคดีฆาตกรรมสาวนักแสดงที่กำลังไต่เต้าสู่ความโด่งดัง เบ๊ตตี้ แอน ชอร์ท (มีอา เคิร์ชเนอร์) หรือที่นักข่าวเรียกกันว่า ดอกรักเร่สีดำ ( The Black Dahlia ) สภาพศพของเธอสยดสยองมากจนห้ามนักข่าวนำภาพออกเผยแพร่สู่สาธารณชน
ขณะที่ ลี หมกมุ่นกับการสืบคดีจนมีปัญหากับแฟนสาว เคย์ (สการ์เล็ตต์ โจแฮนสัน) ไบลเคิร์ต คู่หูของเขาก็ได้พบและหลงใหลหญิงสาวลึกลับชื่อ แมดเดอลีน ลินสก๊อตต์ (ฮิลลารี่ สแวงก์)