1928年，伪满洲国的日本翻译伊丹英彦（仲村亨）离开中国情人丁慧（章子怡）返回日本，数年后他再回中国来到上海时，变身高级特务。而此时丁慧已成为地下抗日组织的成员，并与该组织首领谢明（冯远征）相爱。抗日组织去火车站接从外地聘请的暗杀日本情报人员山本的杀手时，误认其为小职员司徒（刘烨），混乱中，丁慧杀死司徒女友依玲（李冰冰），司徒则被伊丹英彦抓获。
对一系列遭遇无比迷惑的司徒被释放后，发誓要为依玲报仇。丁慧与伊丹英彦重逢，成为两股势力互相设局要利用的重要棋子，她本人正为误杀无辜饱受内心折磨。某个日本会所举办的舞会上，伊丹英彦告诉丁慧山本与谢明均已死，丁慧震惊想刺杀伊丹英彦之际，司徒持枪闯进舞会。
《紫蝴蝶》以冷峻的镜头语言和复杂的叙事结构，将观众拉入1930年代上海的迷雾之中。娄烨用摇晃的手持摄影与灰暗色调构建了一个充满张力的影像空间，雨雾弥漫的街道、压抑的室内光影，仿佛每一帧画面都在诉说时代的窒息感。这种风格化的视觉表达，既是对历史环境的隐喻，也暗示着角色内心的迷失与挣扎。
章子怡饰演的丁慧是影片最具颠覆性的角色。从最初沉浸在儿女情长的普通女子，到目睹兄长惨死后蜕变为冷酷的复仇者，她的转变并非简单的线性铺陈，而是通过眼神的细微颤动与动作的突然停滞来呈现。当她在火车站误杀司徒女友时，手指扣动扳机的瞬间没有丝毫犹豫，但嘴角的抽搐却暴露了灵魂的撕裂。这种矛盾性让角色超越了传统谍战片中的“女英雄”模板，成为被时代洪流裹挟的悲剧载体。刘烨饰演的司徒则构成了另一重视角，这个本应是故事核心的人物，却在阴差阳错中沦为多方势力博弈的棋子。他在刑讯室里空洞的眼神，与结尾举枪对准丁慧时的颤抖形成强烈反差，恰似乱世中个体命运的荒诞写照。
影片的非线性叙事如同打碎的棱镜，需要观众自行拼凑真相的碎片。1928年满洲的回忆与1930年代上海的现实交织，暗杀行动的密谋与失败后的代价并置，甚至关键情节的留白处理，都挑战着传统的观影逻辑。当伊丹英彦最终倒在舞会血泊中时，那个未完成的开放式结局，像一柄悬而未落的利刃，将所有人的命运钉死在历史的耻辱柱上。
耐人寻味的是，娄烨刻意淡化了政治立场的直接交锋，转而聚焦于人性层面的道德困境。抗日组织“紫蝴蝶”的浪漫化命名与成员们血腥的复仇手段形成讽刺性对照，所谓的崇高理想在具体行动中显露出残酷的底色。就连伊丹与丁慧跨越国仇家恨的情感纠葛，也在权力博弈中扭曲成难以言说的伤痕。这种去标签化的处理方式，使影片脱离了主旋律叙事的窠臼，展现出更为复杂的历史思考。