《中俄列车大劫案》讲述了1989年戈尔巴乔夫访华后，中俄恢复全面贸易，连接北京与莫斯科的国际列车随之繁忙起来。大批被称为“国际倒爷”的中国商人，携带各类货物前往俄罗斯、波兰等东欧国家，一群歹徒也趁机在列车上结伙作案，肆意抢劫、强奸，严重威胁中外旅客的安全。
为维护改革开放的成果和中国的国际形象，彻底打击这股恶势力，我公安部门派出由向冲率领的专案小组前往俄罗斯，与当地警方联合侦破案件。向冲的助手们先行乘飞机抵达莫斯科，他则选择搭乘国际列车，以便深入了解案情。列车驶入俄罗斯境内后，歹徒果然趁夜展开行动，旅客接连遭到抢劫和侵害。向冲被骚乱惊醒后，挺身与正在行凶的劫匪展开搏斗，却因寡不敌众，被歹徒从车窗推下火车。
向冲死里逃生，身负重伤赶到莫斯科，与已经抵达的助手会合。在中国驻俄大使馆的协助下，他很快与俄罗斯警方取得联系。俄方派出负责外国人犯罪事务的女警官娜塔沙参与行动。由于对中国人抱有成见，娜塔沙起初并不积极配合，但向冲和助手们始终忠于职守、克服困难，设法追查犯罪线索，最终赢得了她的尊重。经过中俄警方的密切合作，这伙罪犯终于被一网打尽。案件结束后，向冲等人与娜塔沙在莫斯科车站月台上依依惜别，双方也由此结下了深厚友谊。
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