2004年清晨，天空微亮，库鲁县第二供热站的车间依然充满忙碌的气息。值夜班的锅炉工们忙碌着清理锅炉炉渣，铲子一铲接一铲地捞着，突然，一具尸体不偏不倚地掉了出来。工人被吓得手一抖，铁锹丢在地上，赶忙跑出去报警。
八年过去，转战贫困的小山村，陈江河带领一队干警蹲守数日，终于将一名偷羊的贼抓获。陈江河正是当年处理焦尸案的干警之一，尽管当时他就要升调省公安局，但因与师傅一起办理案件的缘故，他主动选择在基层继续锻炼，留在这个山村整整八年。
回到八年前，丁宝元被判刑入狱，但不久后又有人提出申诉。省厅的魏厅长指示重新调查案件，并派遣干警罗英玮前往这个荒凉的山村，召回当年办案的法官。罗英玮不常来这种偏远之地，看到四周荒凉的景象，狂风刮起，砂砾飞舞，他终于见到了陈江河，发现他显得很粗鲁，把偷羊贼押到村民帐篷里开始审问。身为科班出身且拥有硕士学位的罗英玮自然对陈江河的不拘小节颇有微词，但还是礼貌地打听起案件的情况。
回忆起那段往事，陈江河缓缓开口。当时，师傅接到案件时立刻让他赶来，案情复杂，车间外的锅炉工人发现尸体的瞬间，呕吐不止。现场一片狼藉，煤堆散乱，刑侦人员对可疑地方标记拍照，而工人却在案发当晚擅自开门送煤，严重破坏了现场证据。
陈江河继续追忆，案件的关键在于车间主任丁宝元的身上。他手握唯一的车间钥匙，负责管理交接班时开锁关门。车间当时只有六个工人，轮班工作，其中刘三成和王良曾在案发夜值班。陈江河问询了刘三成和王良，他们均未注意到任何异常，直到第二天才发现锅炉中的尸体。
当罗英玮问陈江河为什么确认是丁宝元时，陈江河坦言，由于尸体并未完全烧毁，如果是刘三成和王良所为，尸体早已化作灰烬，因此认为锅炉工人不可能将尸体丢入锅炉。经法医鉴定，死者为女性，且没有人口失踪报案。几日后，程春的母亲匆忙报案，证实死者为她的儿媳程春。
程春的丈夫早逝，她曾经从事非法工作，案件初步猜测她可能是与人约会时意外发生事故。丁宝元在程春尸体被确认后潜逃，且利用她的银行卡取款。最终，丁宝元在逃亡过程中被捕，法院判处他刑期二十年，直到服刑完毕。
陈江河认为案件真相已显而易见，但罗英玮却指出，案件缺乏完整的证据链，未能找到凶器，也无法证实丁宝元与程春之间的关系，因此需要重新调查。上级重视此案，决定将陈江河调回库鲁县，协助罗英玮重审案件。
回到库鲁县，陈江河发现当年的同事已经都得到了晋升，而案件的重审意味着要再次面对痛苦的往事。陈江河清晰地记得八年前，自己和师傅一同外出时，突然车子陷入流沙坑，师傅未能醒来，而这起事件成了他心头的痛。
尽管如此，陈江河依然坚守工作岗位，每天按时上班，而师傅葛大杰的妻子依旧在家中悉心照料他，尽管葛大杰早已陷入昏迷，无法醒来。陈江河心里很不是滋味，因为正是这次意外让他错过了升职的机会，他的妻子也因此离开了他。
陈江河返回县里，开始重新调查案件。当年，锅炉车间的工作人员已经有所改变，王良变成了队长，他带领大家仔细回忆当年的情形，并参观了车间的改进。原本需要人工送煤的锅炉，现在已被王良巧妙改造，可以通过运送车自动持续五个小时。然而，王良的技术水平并不高，陈江河心生疑虑。罗英玮则开始怀疑，或许当时师徒联合作伪证。
通过多方调查，陈江河和罗英玮最终锁定了丁宝元的妻子孙彩云。在对她的调查过程中，陈江河发现她的私生活复杂，与多名男人交往甚密，且与马进财有着暧昧关系。更进一步的调查证实，孙彩云的种种行为与案件有着千丝万缕的联系。
随着调查的深入，陈江河和罗英玮发现关乔这位“诗人”有着不可忽视的嫌疑。关乔的小说《沙尘暴》竟然描写了程春的死亡经过，而且细节与案件中的情况高度吻合。罗英玮开始对关乔展开调查，最终确凿证据显示，关乔正是幕后黑手。