Film kriminal thriller Infernal Affairs III menghadirkan alur cerita yang bergerak antara masa lalu dan masa kini, sekaligus menjadi penutup kisah rumit tentang identitas, pengkhianatan, dan penebusan dosa.

Enam bulan sebelum kematian Chan Wing-yan, polisi yang menyamar di dalam organisasi triad Hong Kong, ia berusaha mengungkap hubungan antara bos triad Hon Sam dan pemimpin kelompok kriminal dari Tiongkok Daratan bernama Shen Cheng. Karena semakin curiga terhadap anak buahnya, Hon menguji kesetiaan Chan melalui berbagai tugas berbahaya. Dalam salah satu misi, Chan terlibat baku tembak dengan Shen dan keduanya terluka. Di tengah kekacauan itu, Inspektur Yeung mengungkap fakta mengejutkan bahwa Shen sebenarnya juga polisi yang sedang menyamar untuk otoritas Tiongkok Daratan. Ketiganya pun menyadari bahwa mereka berada di sisi yang sama meski menjalankan misi berbeda.

Pada saat yang sama, Chan diwajibkan menjalani terapi akibat perilaku agresifnya. Dari sinilah ia mulai mengenal psikolog Lee Sum-yee, sosok yang kelak memiliki peran penting dalam mengungkap rahasia besar di balik para mata-mata yang beroperasi di kepolisian dan dunia kriminal.

Sepuluh bulan setelah kematian Chan, fokus cerita beralih kepada Lau Kin-ming, mantan mata-mata Hon yang berhasil menyusup ke Kepolisian Hong Kong. Setelah kematian Chan, Lau berusaha mempertahankan identitas palsunya sambil menutupi keterlibatannya dalam berbagai kejahatan. Ia kemudian mengetahui bahwa Hon ternyata menanam beberapa mata-mata lain di kepolisian, termasuk sosok yang ia curigai sebagai Yeung.

Kecurigaan tersebut berkembang menjadi permainan strategi yang berbahaya. Di sisi lain, kondisi mental Lau semakin memburuk. Rasa bersalah atas kematian Chan, masalah rumah tangga, dan tekanan hidup membuatnya perlahan kehilangan kendali atas realitas. Ia bahkan mulai membayangkan dirinya sebagai Chan dan terobsesi memburu Yeung sebagai bentuk pelampiasan konflik batinnya.

Saat psikolog Lee mulai menyadari identitas asli Lau sebagai mata-mata triad, rahasia yang selama ini tersembunyi perlahan terbongkar. Lau kemudian mencuri sejumlah rekaman penting dan berusaha menjebak Yeung. Namun rencananya berbalik menjadi bencana ketika ia menyadari bahwa bukti yang ditemukan justru mengarah pada dirinya sendiri. Dalam kepanikan, Lau menembak Yeung, sebelum akhirnya ditembak oleh Shen dan mencoba mengakhiri hidupnya sendiri.

Sebelas bulan setelah kematian Chan, sejumlah kilas balik mengungkap bahwa Shen dan Yeung sebenarnya telah lama mencurigai Lau. Bukti-bukti yang mereka kumpulkan membenarkan bahwa Lau memang mata-mata yang bekerja untuk Hon Sam. Setelah semua peristiwa tragis itu berakhir, Yeung dimakamkan di samping Chan sebagai penghormatan atas pengorbanan mereka.

Di penghujung cerita, Lau selamat tetapi mengalami kelumpuhan dan kehilangan kesadaran terhadap dunia di sekitarnya. Ia hidup dalam kondisi katatonik, terperangkap oleh rasa bersalah dan masa lalunya sendiri. Nasib tersebut menjadi simbol "neraka abadi" yang harus ia jalani akibat semua pilihan dan pengkhianatan yang pernah dilakukannya.