故事发生于四十年代中日战争前夕。出身卑下的孟森（黄允财饰）偶然目睹名杀手冷天涯（刘丹饰）进行杀人行动，其枪法如神，孟森遂决意拜冷天涯为师。几经辛苦，终于成为冷天涯的弟子。
冷天涯于一次行动之中，进入豪宅，欲进行刺杀。其间巧遇居住在该宅的容小璇（李琳琳饰），二人一见倾心。冷天涯有感小璇怯弱堪怜，反护小璇，为她压惊。
完成任务后，冷天涯与孟森乘舟共返，船上，尤若秋（黄杏秀饰）与父兄使诈偷窃，原来尤氏父兄女以偷骗为生。尤若秋偷窃被知，逃至冷天涯房中，自此对冷天涯生倾慕之意。与此同时，孟森亦对尤若秋一见钟情。
冷天涯与容小璇虽然两情相悦，但原来容小璇已为上海市长张定国之妻，虽然小璇，决定为幸福而奋斗，但恐连累冷天涯，二人感情不能结果。冷天涯虽不能得到小璇，但对身旁的尤若秋，一样冷漠。
孟森无论纵努力，尤若秋对他依旧不啾不理。为嬴得若秋芳心，他不择手段要加害冷天涯。为要富甲一方，亦不惜成为汉奸，替日本人办事。终于，孟森重重打击冷天涯，冷天涯更因而得疯病，容小璇为重拾冷天涯昔日风采，耐心劝导。冷天涯亦因而康复，但好景不常，张定国目睹妻子与他人相好，拔枪杀冷天涯。小璇以身相救，因而魂断。
孟森见尤若秋痴心不移，称道冷天涯已为大鳄所杀。若秋黯然断肠，并要求孟森杀大鳄报仇，若然成功，她愿意委身下嫁。孟森欣然答应，并且功成归来，若秋无奈，只好遵照承诺下嫁。
婚后孟森乃贪多务得，虽然大富大贵，但仍继续作恶。冷天涯亦终于回复昔日身手，决定寻孟森报仇算清孽障。若秋得知此讯，立即赶至报仇之地。若秋一心护夫，求冷天涯放过孟森，冷天涯因一念之仁答应。孟森却穷追不舍，枪指冷天涯，更按子弹，欲至冷天涯于死地。若秋不忍心上人中枪身亡，甘愿代为受枪，死于冷天涯怀中。孟森朋友见孟森经已丧心病狂，乱枪把他杀死。
《龙虎双霸天》一剧意识不俗，能找出各阶层的人物与时代中所受的压迫。可惜人物性格塑造失败，过于典型平淡。而尤若秋一角，虽然不讨好，但秀姑也绝不欺场。