《刑事侦缉档案4》梁芊芊会失踪是因为有人报复他的男朋友徐飞，故意将她掳走，知道她是舞蹈家，还将她的腿弄断了。梁芊芊本是万千宠爱在一身，父母意外身亡后，情绪大变。与徐飞相恋后，心情渐渐平伏，有时仍会莫名其妙地情绪低落，忽然失纵的行为令飞受困扰，造成二人间的鸿沟。
督察江子山（陈锦鸿饰）头脑冷静，思想缜密，做事客观，虽与新调任性格独断独行的沙展徐飞（古天乐饰）合作，但仍能以柔制刚，充份利用对方敏锐的直觉和丰富的经验，屡破奇案。徐飞亦因江子山助他立下不少大功，事业亦见起色，对江子山深感佩服，在工作上二人顿成无敌拍档，私底下也成为惺惺相惜的好朋友。
在感情上，这对好拍档却分别纠缠于两段解不开的情缘之间：江子山徘徊于文婉兰（佘诗曼饰）与唐心如（李姗姗饰）之间，不知从何选择，直到他决定取舍的时候，奈何却天人永隔。徐飞一直对失踪多年的女友梁芊芊（向海岚饰）未能忘情，至武俏君（宣萱饰）出现，二人擦出火花并共赋同居。待二人感情渐渐升温之际，不料，徐飞此时突然收到芊芊的消息，面对旧爱与新欢，他最终将如何抉择。