警察日记是一部围绕刑警三队与犯罪团伙之间抓捕与反抓捕的警匪题材电视剧。在警察与罪犯斗智斗勇的过程中，上演着扣人心弦的剧情。南州市刑警三队队长张海和同为警察的妻子杜一然，本有着一个幸福的家庭，正值女儿雯雯过生日，张海答应女儿晚上回家庆祝生日。不幸的是张海在晚上抓捕盗车贩的行动中牺牲了，亲眼见到张海牺牲却无力挽救的刑警三队副队长 叶楠陷入了深深的自责中。妻子杜一然悲痛欲绝，她不忍将实情告诉女儿雯雯，遂向其隐瞒，此事也成为杜一然的一个心结。杜一然向局里申请调入刑警三队，并发誓要将杀害丈夫的罪犯绳之以法。至此杜一然作为刑警三队的队长，带领干警们投入到了紧张的侦破工作中。张海牺牲一年后，杀害张海的盗车贼任中豪携女友穆子回到了南州市，他接到老板的命令，偷盗一辆对于犯罪集团来说至关重要的豪华车，任中豪将车偷到手，却不曾想大老板是要借此机会除掉他。杜一然得到任中豪回到南州的消息后，说服叶楠回到警队，并将同为警察的老同学肖玉宁调入刑警三队，共同侦破此案。杜一然率领着刑警三队干警们，借着这起盗车案，以任中豪剪断的雪茄烟头和使用的闪光弹作为突破口，顺藤摸瓜，并紧追任中豪不放，肖玉宁做为卧底深入其中。任中豪自知已经暴露，无奈之下要挟老板邓世杰，索要一笔钱逃跑，邓世杰把钱给了他。任中豪在逃跑中被警察抓获，任中豪与穆子畏罪自杀。警察收缴了钱箱，却赫然发现钱箱里装的是假钞。破获盗车案后的杜一然，稍感欣微，又投入到了追查假钞案的工作中。通过一次次追查，制贩假钞的小头目“亮仔”浮出水面，马亮扮作东北商人与其接上头，杜一然亲自出马，钓出了老千并约定交易时间，但狡猾的老千却闻风而逃。在对老千的抓捕中，印刷厂老板杨永义，做为印刷假钞的重要嫌疑人进入了警方的视线。杨永义知道老千已经暴露，设计要将老千撞死，却因为手下办事不利，老千非但没有死，还被警察看护起来。杨永义将此事告诉了他的上线魏洋，魏洋求助在医院工作的侄女王小冉，王小冉出于良知没有听从魏洋。情急之下，杨永义和亮仔使出调虎离山之计将在医院看守老千的干警支开，捅了老千一刀。得手后的杨永义自以为不露痕迹，却已引起杜一然的怀疑。经过抢救，醒来后的老千将杨永义的罪行一一说出，杜一然等终将杨永义和亮仔抓获。在审讯中，杜一然得知亮仔为香港方面派来的卧底探员，杨永义也供出了自己的上线是魏洋。邓世杰命令手下陈彪将魏洋送出境，陈彪却私自将魏洋毒死，警方在鱼塘中发现魏洋尸体，至此假钞案也告破。群众报案，发现一人在办公室自杀，叶楠赶到现场，发现死者参与赌球破产，一直被人追债。局里将捣毁这个赌球网络的任务交给了刑警三队。正巧肖玉宁与死者的妻子是老同学，肖玉宁深入到死者经常去的一家赌球俱乐部，抓捕了赌球庄家吴建波。经吴建波交代，他的上线是一个叫 韩龙的大庄家，警方立即赶往抓捕韩龙，韩龙在抓捕中侥幸逃脱，侦破工作陷入僵局。正在一筹莫展之时，警方在排查中得知韩龙女友郑莉的住处，并将郑莉严密监控，韩龙约 郑莉见面，被警方抓获，但韩龙拒不交代，侦破工作再次陷入僵局。三队派出警员 林爽扮作夜总会小姐进入赌球内部，无意碰到三队警员罗飞雁的弟弟，计划漏出破绽，林爽被识破。韩龙的上线洪星害怕韩龙会供出自己，企图绑架韩龙女友郑莉，威胁韩龙，郑莉被警方救下。洪星又派人在狱中刺杀韩龙，被医院抢救过来的韩龙，终于交代了所有犯罪事实，并愿意做证人。洪星自知败露，欲携款逃跑，被同伙 陈彪截住，邓世杰告诉洪星不必急于逃跑，他自有安排。原来当天邓世杰召开了南州市经济研讨会，社会各界人士都会参加，不便于警察抓捕，邓世杰、陈彪、洪星在会上趁机逃跑，并伪装成要出境的样子，实际上仍然留在南州，妄想在赌球上最后捞一笔。陈彪找来两个手下协助，其中一个手下就是三队警员罗飞雁的弟弟罗建波，罗建波将此事告诉了姐姐，在 罗建波的协助下陈彪被捕。 林爽也破坏了赌球的网络，邓世杰眼看计划失败，绑架了杜一然的女儿雯雯，准备越境出逃，深夜洪星欲携款私逃，被邓世杰的保镖打昏，碰巧有路人经过，保镖躲避，洪星被路人救起，洪星落网。警方在邓世杰的妻子那里了解到了邓世杰可能出境的路线，一路追捕，在入海口将邓世杰包围。邓世杰拿雯雯做为要挟，经过紧张的对峙后，雯雯被救出，但杜一然受重伤，邓世杰缴械投降。