Una semana antes de su jubilación, el sargento de la policía de Los Ángeles Roger Murtaugh y su compañero Martin Riggs son degradados a tareas de uniforme tras fracasar en la desactivación de una bomba en un edificio de oficinas. Mientras patrullan por la calle, son testigos del robo de un furgón blindado, y ayudan a frustrar el crimen ayudados por la conductora del furgón blindado, Delores. Uno de los dos ladrones escapa, pero el otro es detenido por la policía. Se descubre que el sospechoso es un conocido socio de Jack Travis, un antiguo teniente de la policía de Los Ángeles que dirige una red de contrabando de armas en la ciudad. Además, el departamento está preocupado porque los ladrones estaban utilizando balas perforantes. Riggs y Murtaugh son ascendidos de nuevo y asignados a trabajar con la sargento Lorna Cole de asuntos internos para localizar a Travis.

Travis está negociando con el mafioso Tyrone en relación con su negocio de armas. El ladrón del furgón blindado que ha escapado es llevado ante Travis, que posteriormente lo mata delante de Tyrone por poner a la policía tras su pista. A continuación, Travis utiliza sus antiguas credenciales de policía para entrar en la sala de interrogatorios y matar al sospechoso detenido antes de que pueda ser interrogado. Travis no sabe que se han instalado cámaras de circuito cerrado en la comisaría y Cole consigue confirmar la identidad de Travis. Mientras los tres revisan las imágenes, su buen amigo Leo Getz, que ha estado ayudando a Murtaugh a vender su casa, llega y reconoce inmediatamente a Travis por varios negocios anteriores y por su afición al hockey sobre hielo. Murtaugh, Riggs y Getz no consiguen capturar a Travis por poco en un partido de hockey y Getz resulta herido. Sin embargo, Getz consigue proporcionarles información de un almacén que posee Travis, del que sospechan que es donde ha almacenado sus envíos de armas.

Riggs y Murtaugh contactan con Cole para pedirle refuerzos antes de asaltar el almacén, y se detienen en un camión de comida para esperarla. Mientras esperan la comida, son testigos de un negocio de drogas e intentan detenerlo. Murtaugh mata a un pistolero que les disparó, mientras el resto escapa. Murtaugh reconoce al pistolero, Darryl, un amigo íntimo de su hijo Nick. Con Murtaugh emocionalmente perturbado, Riggs y Cole se dirigen al almacén, donde aseguran con éxito su próxima entrega de un cargamento de armas. Esa noche, Riggs y Cole descubren que sienten algo por el otro y duermen juntos. Más tarde, Riggs encuentra a un Murtaugh borracho en su barco y lo consuela a tiempo para el funeral de Darryl. Allí, el padre de Darryl insiste apasionadamente en que Murtaugh encuentre a la persona responsable de dar a Darryl la pistola.

Cole descubre que la pistola de Darryl, las balas perforantes y las armas que han recuperado estaban originalmente bajo custodia policial, destinadas a ser destruidas, y fueron robadas por Travis; le revocan sus credenciales del sistema. Además, vinculan las armas a Tyrone y lo interrogan. Tyrone les dirige a un taller de coches desde el que trabajan muchos de sus secuaces. Riggs, Murtaugh y Cole consiguen detener a varios de los hombres. Mientras tanto, Travis hace que uno de sus hombres piratee el sistema informático para encontrar otro almacén de armas. Luego obliga al capitán Murphy a punta de pistola a llevarle a esta nueva instalación para poder robar las armas utilizando las credenciales de Murphy. Cole encuentra las pruebas del hackeo y la ausencia de Murphy, y los tres, junto con un policía novato, Edwards, que admira a Riggs y Murtaugh, interceptan a Travis. Consiguen rescatar a Murphy y detener a Travis y sus hombres antes de que pueda llevarse las armas, pero Edwards muere durante su persecución.

Getz proporciona información sobre una urbanización propiedad de la empresa fantasma de Travis. Riggs, Murtaugh y Cole se infiltran en el lugar por la noche y entran en un tiroteo a gran escala. Riggs incendia la obra y la mayoría de los hombres de Travis mueren, mientras que éste hiere a Cole. Cuando Travis utiliza una excavadora para perseguir a Riggs, usando su hoja como escudo antibalas, Murtaugh lanza la pistola de Daryl, ahora cargada con las balas perforantes, a Riggs, que entonces dispara y mata a Travis a través de la hoja. Tras descubrir que Cole llevaba dos capas de chalecos de kevlar, Riggs admite su amor por ella mientras se la llevan en un helicóptero.

Al día siguiente, la familia de Murtaugh está celebrando su jubilación, cuando Murtaugh le revela a Getz que ha decidido no vender la casa y quedarse en el cuerpo, preservando su asociación con Riggs. Al final de la película, Riggs anuncia a Murtaugh su relación con Cole.