十年前，鄉親暱稱二郎的郎永輝（彭于晏 飾演），是西北赤峽小鎮飛車特技明星。
他和胡屠戶的姪子打賭飛越山谷賽，胡姪子失事墜谷身亡。郎永輝被以過失殺人致死罪判刑十年入監服刑。
2008年，二郎假釋，回到家，大門掛把大鎖，趴窗戶朝內張望，空蕩蕩。
鄰家大叔聽見聲響，出門查看，瞧見二郎，
訝異：是二郎？你怎回來了？不會是逃獄吧？
二郎給大叔看假釋文件，大叔告訴二郎，他父親搬去動物園住，
離開前把他家鑰匙託他保管。
大叔遞鑰匙給二郎時，叮嚀去看他父親。
赤峽鎮停止開採石油後，工程人員全撤離，加上人口不斷遷移，小鎮變得非常冷清，
警察老趙載二郎繞行一圈，停在路口，
告訴他，過了這裡完全沒有人煙，除了風沙，就是大量流浪狗。
人們搬家，把狗留下，狗群聚，繁殖，生下小狗，
時間久了，形成數量驚人的狗陣，安全考量，不要跨出鎮子。
二郎去廢棄動物園看父親，父親不跟他說話，
使勁推著獨輪車裝牧草，肉類，照顧剩沒幾隻動物。
人們習慣性排擠「罪犯」，回家後的二郎，人人都和他隔著距離，
加上胡屠戶放話：就算二郎坐了十年牢，害死他姪子命的事，仍沒完。
過去的朋友夥伴都散了，沒人理會二郎。
有天給姊姊打電話時，看見到處貼著懸賞一千元捕捉一隻黑色有狂犬病的細狗告示。
這隻細狗他看過，藏身在他家附近的廢屋地下室。
為了捉到那狗，二郎和牠捉迷藏似的你跑我追，
細狗動作敏捷又兇猛，沒網住狗，屁股被狠咬一口。
政府頒布「西部大開發」計畫，想吸引工廠進駐，首先就是捕捉散居四處的狗群。
赤峽鎮一呼百諾的耀叔（賈樟柯 飾演），組織捕狗大隊，無業的二郎也被編制入列。
另外，家犬也要繳錢辦理寵物證，不上證，就當流浪狗帶走。
捕捉流浪狗，三人一組，展開圍捕，一人追趕，一人圍堵，一人拿網套住狗提起。
二郎常常讓狗逃掉，隊友很不滿，向耀叔告狀二郎無心捉狗。
耀叔把二郎轉調運輸組負責開車，
他看到婆婆為了家狗的150上證費跟隊友討價還價，
另一人直接把狗捉走關進車上籠子，小女孩不捨哭鬧。
二郎悄悄抱出小狗，交給小女孩帶走。
終於捉到黑狗，載回收容所時，沙塵暴來襲，吹翻汽車，
二郎和黑狗困在駕駛座避寒，對人有敵意的黑狗，再次咬了二郎。
一人一狗被巡迴演出的歌舞特技團所救，免得凍死。
在醫院注射狂犬病預防針後，二郎告朋友小聶，不久前，黑狗也咬過他。
小聶看了他屁股的傷口，大驚，無法確定會不會發作狂犬病，
二郎和黑狗在家自主隔離。
夜裡下雨，用鐵鍊鎖在院子的黑狗掙扎想到屋簷下躲雨，
聽到動靜的二郎，讓黑狗進屋。
因為這樣，黑狗不再對二郎有敵意。
他到捕狗隊向耀叔求情，花錢買下黑狗，
耀叔沉默許久，同意他帶走黑狗，也不要他的錢。
胡屠戶帶人圍堵住騎摩托車的二郎，二郎被他們綁了起來。
發生汶川大地震，地動天搖停止後，掙扎綑綁的二郎，開始找黑狗。
找到胡屠戶家，滿地的蛇，胡屠戶被自己養的蛇咬傷，二郎趕緊送他去醫院治療。
胡屠戶讓二郎看錄影，黑狗動作迅速逃跑，沒人捉住牠。
二郎滿街貼尋狗單，在麵館打麻將的人告訴他，
鎮外有一處關很多流浪狗，讓他去那裡找找。
二郎真在那裡找到黑狗，管理人說，撿到黑狗時，他已被撞傷，
內臟都撞壞，估計沒多少時間了。
把黑狗帶回家不久，來了黃色細狗，陪伴黑狗到最後。
二郎埋葬黑狗，鎮上開始大規模拆除建築物，歌舞團也離開。
葡萄（佟麗婭 飾演）和二郎的情緣也畫上句點。
北京奧運開幕，二郎父親病逝，黃色母狗生下小狗。
鎮民瘋看日全蝕奇景時，二郎騎摩托車帶著新生小狗離開赤峽鎮。
彭于晏在《狗陣》裡，頂著光頭，全部台詞不超過十句，
和黑狗互動，只有口哨聲和肢體動作。
西北地沙漠區，荒涼無人煙，沙塵，岩石，峽谷，
無所事事的人群，一點騷動就能讓人嚷吵，擾擾攘攘沒完沒了。
多數是無言安靜的殘忍，對無處可去的人和動物，無法成全的感情，都殘忍。
每個人在世上都有一塊地方，自己的小角落，
我們必須關注它，懷著恩典與慈悲照料它。
