Londres West End, 1953 - El director estadounidense Leo Kopernick (Adrien Brody) narra la introducción. Una obra de teatro basada en "La ratonera" de Agatha Christie continúa una carrera histórica, celebrando 100 representaciones y presentando al renombrado actor Richard Attenborough (Harris Dickinson) y su esposa Sheila Sim (Pearl Chanda) en papeles principales. Kopernick se presenta con la esperanza de convencer al productor del espectáculo, John Woolf (Reece Shearsmith), para que le permita dirigir la adaptación cinematográfica. Kopernick se enfrenta a Attenborough y al guionista de la obra, Mervyn Cocker-Norris (David Oyelowo), llegando a pelearse con Attenborough y a estrellarse contra un pastel.

Kopernick va al baño a lavarse. Ve una sospechosa figura sombría junto a la ventana, pero es sólo un maniquí. Entonces, un hombre de verdad golpea a Kopernick en la cara con un esquí. El asaltante intenta estrangular a Kopernick, pero éste se libera e intenta huir, sólo para abrir una puerta y encontrar una pared de ladrillos detrás. El asaltante coge entonces una máquina de coser y golpea a Kopernick en la cabeza, matándolo.

El agente Stalker (Saoirse Ronan) espera la llegada del inspector Stoppard (Sam Rockwell), que reúne a todos los presentes en el teatro como sospechosos, incluida la dueña del teatro, Petula Spencer (Ruth Wilson), y la esposa de Woolf, Edana Romney (Sian Clifford). Stalker es una novata con la esperanza de aprobar su examen de sargento y trata de causar una buena impresión a Stoppard. Encuentran el cuerpo de Kopernick abandonado en el sofá del escenario. Los dos inspeccionan la escena del crimen y tratan de encontrar motivos y sospechosos. La mayoría de las personas de la sala se enfrentaron a Kopernick, y Stoppard les informa a todos de que puede haber otro asesinato entre ellos, por lo que opta por cerrar el teatro hasta que se resuelva el asesinato.

El comisario Harrold Scott (Tim Key) reprende a Stoppard por llamar la atención negativa sobre el asesinato y el departamento tras cerrar el teatro. Le ordena a Stoppard que acepte a Stalker en el caso para "enseñarle los entresijos" del trabajo.

Stoppard y Stalker van al hotel en el que se alojaba Kopernick y hablan con un botones que le oyó discutir con Mervyn, y éste le dijo directamente que mataría a Kopernick. Los dos visitan a Mervyn y tratan de entender su relación con Kopernick. Los flashbacks muestran que Kopernick no estaba de acuerdo con la visión de Mervyn para la obra y propuso su propio final lleno de acción para la adaptación cinematográfica de "La ratonera", en el que el compañero del detective principal es asesinado por el asesino después de recibir una bala por él. Mervyn menciona haber visto a una "mujer sencilla" llegar al hotel con el hijo ilegítimo de Kopernick. También se muestra a Mervyn viviendo con su sobrino Gio (Jacob Fortune-Lloyd), al que se describe como un exaltado.

En los estudios Shepperton, se muestra que Woolf tiene un romance con su asistente, Ann Saville (Pippa Bennett-Warner), que apenas intenta ocultar al tratar de besarla en público.

El dúo se detiene en un callejón cuando Stoppard afirma que va a una cita con el dentista. Stalker le descubre entrando en un pub y parece decepcionado con él. A continuación, visitan a Woolf, quien menciona cómo Kopernick se le acercó en un club nocturno y se enteró de su aventura con Ann, y Woolf parece preocupado de que Kopernick pueda exponerlo. Cuando se marchan, Stoppard menciona entrar en el pub, pero Stalker se limita a decirle que puede confiarle cualquier cosa que necesite contarle. Los dos se van a casa, donde Stalker vive con sus dos hijos y Stoppard con su alcohol.

Al día siguiente, Scott se encuentra con el dúo y dice que está desesperado por recibir buenas noticias. Ellos dicen que pueden tener una pista fiable. La pareja entrevista a un acomodador de teatro llamado Dennis (Charlie Cooper), que afirma haber visto a una figura actuando de forma sospechosa, pero no les proporciona muchas pistas. A continuación, van a visitar a Attenborough y Sheila. Ella le cuenta al dúo que Kopernick le ofreció el papel principal en la película "Ratonera". Stoppard y Stalker van entonces a visitar a Petula, que está viendo a su madre (Ania Marson) actuar sola en el escenario. Petula les cuenta a los dos que cedió los derechos cinematográficos de "Ratonera" a Woolf, que estuvo a punto de ser atrapado en su aventura por Edana. Añade que Woolf no podrá realizar la adaptación cinematográfica hasta que el espectáculo finalice su producción, lo que significa que está atrapado en ella.

Stoppard y Stalker van a un pub, donde hablan de sus vidas personales. Stalker menciona a sus hijos y cómo perdió a su marido en la guerra, y Stoppard menciona cómo fue herido en la guerra y se divorció de su mujer después de que ésta le fuera infiel y tuviera un hijo con otro hombre. Stalker lleva a un Stoppard borracho a su casa y se encuentra con algunos artículos de prensa y una foto de Stoppard con su ex mujer, que se ajusta a la descripción de Mervyn de una "mujer hogareña con gafas". Stalker empieza a sospechar y comienza a preguntar por el nombre de la ex mujer de Stoppard en relación con un libro de nombres que encontraron en la habitación de hotel de Kopernick.

El dúo acude a una representación de "La Ratonera", ya que Attenborough les regaló entradas. Durante la escena en la que un personaje es asesinado, Stalker sale y sigue a quien cree que es Stoppard. Una figura se cruza con Mervyn y lo estrangula hasta la muerte. Stalker persigue a la figura pero no consigue atraparla. Mientras tanto, la figura golpea a Stoppard en la cabeza y lo deja inconsciente. Aparece en una especie de estado de limbo donde encuentra a Kopernick detrás de un bar, preguntando si alguien estaba triste por su fallecimiento. Stoppard no responde, lo que no sorprende a Kopernick. Stoppard se acerca a una puerta custodiada por Dennis, que no le deja pasar sin billete. Se asoma a la puerta y ve lo que parece ser Mervyn siendo disecado por un taxidermista.

Stoppard se despierta en una celda con Stalker y Scott. Lo acusan de asesinato y dicen que han encontrado a su ex esposa Joyce, supuestamente la misma mujer que había visto Mervyn. Stalker cree que Stoppard mató a Kopernick porque su mujer le había engañado con Kopernick. Aparece una mujer llamada Joyce (Laura Morgan), pero Stoppard dice que esa no es SU Joyce, por lo que lo dejan ir. El acosador acompaña a Joyce a su casa y le hace preguntas sobre cuándo fue a ver a Kopernick con su hijo. Joyce menciona haber escuchado una voz con acento de idiota de pueblo. Mientras tanto, Stoppard sospecha de Gio, ya que Mervyn había mencionado que era taxidermista, y cree que tenía un motivo para matar tanto a Mervyn como a Kopernick. Stoppard acaba encontrando artículos de prensa sobre dos jóvenes hermanos, uno de los cuales ha muerto. Stoppard y Stalker se dirigen individualmente a encontrar al asesino.

Petula llega a la casa de Agatha Christie (Shirley Henderson) junto con su madre, Attenborough, Sheila, Woolf y Ann. El estirado mayordomo Fellowes (Paul Chahidi) intenta negarles la entrada a pesar de la invitación, pero otro invitado, Max Mallowan (Lucian Msamati), les permite entrar. Se supone que han sido invitados a una cena, pero se encuentran con que Agatha está supuestamente atada por el asesino....Dennis. La madre de Petula lo reconoce como Dennis Corrigan, cuyo hermano menor murió cuando eran niños debido a un descuido. Quería impedir que la obra continuara porque pensaba que era una explotación de su tragedia, así que mató a Kopernick para impedir que se hiciera la película y a Mervyn por escribirla. Dennis da una patada a la alfombra donde está atada "Agatha", pero en realidad es Edana, que revela que ya conocía el romance de su marido.

Justo cuando Stoppard y Stalker se acercan a la casa, Agatha aparece con tazas de té, una de las cuales pretende drogar a Dennis mientras Fellowes intenta hacerse con su rifle. Le sale el tiro por la culata, Fellowes se desmaya por el té drogado y Dennis apunta con el arma a todos. Stoppard aparece y se le disparan las ruedas. Entra corriendo en la casa y se enfrenta a Dennis, pero antes de que éste dispare, Stalker entra corriendo y empuja a Stoppard fuera del camino (como en el final de Kopernick). Ella consigue una muesca, pero Stoppard recibe un disparo. Dispara a Dennis dos veces antes de que Agatha lo mate con una pala en la cabeza. Stoppard es llevado al hospital.

En el epílogo, Kopernick narra que Stalker aprueba su examen de sargento, Stoppard recibe una medalla por su heroísmo y Scott es nombrado caballero. Stoppard y Stalker vuelven a ver "La ratonera". Mientras Stoppard se dirige al público, Stalker le pide que se calle porque la última vez se perdió el final. Kopernick dice que éste fue un verdadero final de Leo Kopernick.