El teniente de policía de Beverly Hills, Raymond Tango, y el teniente del centro de Los Ángeles, Gabriel Cash, son considerados los dos mejores policías de Los Ángeles. Son opuestos en casi todos los sentidos, y mantienen una intensa rivalidad en la que cada uno se considera el mejor. Sus acciones suelen ser noticia por sus grandes redadas de droga en el área del sur de California. Sin que ellos lo sepan, todos los envíos pertenecen en realidad a una única organización criminal dirigida por Yves Perret. Tras la última redada de Tango, Perret convence a sus socios Quan y López de que los dos agentes se han convertido en un problema y que deben encargarse de ello.

Perret, creyendo que hacerlos matar es demasiado "rápido y fácil", desarrolla un elaborado plan para desacreditarlos y humillarlos antes de torturarlos finalmente hasta la muerte. Informados individualmente de un negocio de drogas que tiene lugar esa misma noche, los detectives se reúnen por primera vez en el lugar y descubren un cadáver intervenido justo cuando el FBI llega y rodea al dúo. El agente Wyler encuentra en el suelo la pistola de reserva de Cash con supresor incorporado y los detiene. En su juicio por asesinato, Tango y Cash son incriminados por una cinta de audio; verificada en el tribunal por Skinner, un experto en audio, parece revelar que dispararon al agente encubierto del FBI después de discutir una compra de drogas. Con las pruebas en su contra, se declaran inocentes de un cargo menor a cambio de una reducción de la condena en una prisión de mínima seguridad; en cambio, son trasladados a una prisión de máxima seguridad y alojados con muchos de los delincuentes a los que habían detenido.

Una vez en la prisión, Tango y Cash son levantados de sus camas y torturados por Requin, el secuaz de Perret, y una banda de presos, hasta que Matt Sokowski, el subdirector y antiguo oficial al mando de Cash, los rescata. Sokowski les recomienda que se escapen y les proporciona un plan, pero Tango opta por no hacerlo. Cuando Cash intenta escapar, encuentra a Sokowski asesinado y es perseguido por los guardias. Tango lo rescata y se dirigen a la azotea; Cash hace una tirolina fuera de los muros de la prisión, pero Tango es atacado por el recluso "Cara" antes de que pueda seguirlo. Tango consigue electrocutar a "Cara" golpeándolo contra un transformador antes de escapar. Para limpiar sus nombres, se separan; Tango le dice a Cash que si necesita contactar con él, puede ir al Club Cleopatra y preguntar por "Katherine".

Los detectives visitan a los testigos que los inculparon en el juicio. Tango intercepta a Wyler, que admite que Requin estaba a cargo del montaje; Wyler muere en un coche bomba mientras intenta escapar. Cash descubre que Skinner hizo él mismo la cinta incriminatoria; comienza a destruir el costoso equipo de Skinner hasta que éste accede a ayudar a exonerarlos. Cash encuentra a Katherine, la hermana de Tango que se hace llamar "Kiki", pero rápidamente es rodeada por la policía; ella ayuda a Cash a escapar del club nocturno vistiéndolo de mujer. Esa misma noche, Tango se reúne con Cash y el dúo es recibido en casa de Kiki por Schroeder, el oficial al mando de Tango. Les da la dirección de Requin y les dice que tienen 24 horas para averiguar para quién trabaja; Tango y Cash detienen a Requin y le engañan para que les diga el nombre de Perret. Owen, el amigo experto en armas de Cash, les presta un vehículo de asalto de alta tecnología y el dúo irrumpe en la sede de Perret para enfrentarse al señor del crimen. Sin embargo, Perret ha secuestrado a Kiki y pone en marcha un temporizador que activará el procedimiento de autodestrucción automática del edificio. Después de matar al personal de seguridad principal de Perret y a otros señores del crimen, aparece Requin, reteniendo a Kiki a punta de cuchillo. La echa a un lado para luchar contra los detectives cuerpo a cuerpo y Cash lo mata. Perret aparece en un salón de espejos apuntando con una pistola a la cabeza de Kiki; ambos detectives eligen al Perret correcto y le disparan en la frente. Recogen a Kiki y escapan a duras penas mientras el edificio explota. Bromean medio en serio sobre el deseo de Cash de salir con Kiki mientras un titular de prensa anuncia que han sido completamente reivindicados y vuelven a la policía de Los Ángeles como héroes.