《戴手铐的旅客》讲述了文革时期发生的一起惊险案件。一天夜里，科研所职工小黄（魏娜 饰）遭到杀害，发射导弹所需的A-1燃料也被盗走。正在接受审查的老公安刘杰（于洋 饰）被列为嫌疑人，公安部门随即发布通缉令追捕他。
在南下列车上，刘杰发现了前来追捕自己的苏哲（邵万林 饰）。当时，苏哲正准备与造反派头目王莉（高菊梅 饰）接头，也察觉到刘杰一直在跟踪自己，便开枪将刘杰打伤，并把他送往火葬场。火葬场的老工人同情刘杰的遭遇，暗中帮助他逃离。
刘杰找到王丰年（赵子岳 饰），两人推心置腹地交谈后，刘杰更加坚定了查明真相的决心。他的学生张强（马树超 饰）也奉命追捕他，但始终不相信老师会是坏人。再次踏上南逃列车时，刘杰遇到了参加大串联的魏小明（蔡明 饰），小明也竭力为他提供帮助。刘杰跳车后，被微山市公安局长、老战友魏子恒逮捕。重逢后的两人百感交集，刘杰向魏子恒说明了事情经过，并获得了他的支持。随后，一场捉拿真正凶手苏哲的行动正式展开。
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