หลังจากภารกิจใหญ่ของ ลายเมฆ (อัมรินทร์ นิติพน) กับ ปีแสง (วรเวช ดานุวงศ์) เป็นที่พูดถึงของกรมตำรวจ ก็สร้างความฮอตให้กับหน่วยสืบสวนเป็นอย่างมาก ทำเอา ผู้กำกับมนัส หน้าบานได้ความดีความชอบมากมาย เมื่อกอบกู้เกียรติยศคืนมาให้กับต้นสังกัดลายเมฆจึงขอปลีกตัวมารับเฉพาะคดี เล็กๆ เพื่อที่จะให้เวลากับลูกสาวอย่าง ฟ้าคราม (จอมขวัญ ลีละพงศ์ประสูต) แถมอกหักเพราะครูพลอย ขอแยกทางบินไปเรียนต่อเมืองนอก ส่วนปีแสงก็ทำงานต่อไปแบบฉายเดี่ยว แต่ก็ยังไม่ได้ใช้ชีวิตแบบไร้เงาคู่หูอย่างลายเมฆซะทีเดียว เพราะตอนนี้เขาขยับฐานะขึ้นมาเป็นคู่รักของฟ้าคราม

ผู้กำกับมนัสได้รับคำสั่งด่วนให้สร้างคนเพื่อรองรับคดีที่เพิ่มมากขึ้น และคนที่ถูกเลือกเข้ามาเพื่อฝึกฝนเป็นคนแรกก็คือ องศา (โทนี่ รากแก่น) ชายหนุ่มผู้ได้เกียรตินิยมทำคะแนนได้เทียบเท่าปีแสง คุณสมบัติและฝีมือดีเกือบเทียบเท่าปีแสง แต่สิ่งที่ต่างกันคือ ความอ่อนน้อม มีสัมมาคาราวะ เป็นคนซื่อ และจิตใจดี ไม่มีเขี้ยวเล็บ ทางกรมตำรวจต้องการให้องศาได้เรียนรู้เล่ห์เหลี่ยมเพื่อให้ทันคน งานนี้เมื่อไม่มีมืออาชีพอย่างลายเมฆอยู่เทรนเองภาระหน้าที่จึงตกอยู่กับปี แสง

แต่เมื่อถึงเวลาปฏิบัติการจริงอะไรๆ กลับไม่เป็นอย่างที่คาดคิด เพราะปีแสงก็ยังเป็นคนที่มั่นใจกับแนวทางของตัวเองมากเกินไปจนไม่พร้อมจะควบ คุมใคร พอเจอกับไก่อ่อนอย่างองศาก็เลยพากันจบเห่ ร้อนถึงมนัสต้องไปอ้อนวอนลายเมฆให้กลับมาคอยประกบทั้งคู่เพื่อทำทีมให้ เวิร์คอีกครั้ง การกลับมาของลายเมฆยังความไม่พอใจให้กับปีแสงลึกๆ เพราะเหมือนเป็นการตอกย้ำว่าถ้าไม่มีลายเมฆตนกลับจัดการอะไรไม่ได้ นี่ยังไม่รวมปัญหาลิ้นกับฟัน
ระหว่างเขากับฟ้าคราม แล้วยิ่งมาตอนนี้ฟ้าครามต้องฝึกหัดเป็นนักข่าวก็ยิ่งทำให้เวลาของทั้งคู่ผิด พลาดคลาดเคลื่อนจนเป็นเหตุให้มีเรื่องกระทบกระทั่งกันเสมอ

ขณะที่ลายเมฆเองก็ไม่น้อยหน้าเพราะต้องเผชิญกับปัญหาไม่คาดฝันกับ จอมใจชนก (น้ำฝน-กุลณัฐ) สายลับรุ่นน้องที่ถูกเรียกตัวมาปฏิบัติงานพิเศษ โดยต้องแสดงตัวเป็นแฟนสาวของลายเมฆ สรุปว่านอกจากต้องเคี่ยวกรำกับภารกิจหินที่ได้รับมอบหมายก็ยังต้องรับมือกับ อารมณ์ง่อนแง่นของ จอมใจชนกอีก

ถึงจะต้องรับภาระหนักสร้างคนใหม่ให้กับหน่วยอีกครั้ง แต่ดูเหมือนงวดนี้ลายเมฆจะดูมีกำลังใจผิดกับตอนที่เจอกับปีแสงครั้งแรก เขารู้สึกจะถูกชะตากับองศาเป็นพิเศษ ความมีสัมมาคารวะ เชื่อฟังคำสั่ง ทำให้ลายเมฆชักจะชื่นชมในตัวองศา ขนาดฟ้าครามเองที่เพิ่งรู้จักกับองศาได้ไม่นานเท่าไหร่ แต่ความมีมนุษยสัมพันธ์ของเขาทำให้ฟ้าครามกับองศาสามารถต่อติดและผูกมิตรกัน อย่างรวดเร็ว ทั้งคู่เข้าขากันได้ดีจนปีแสงเริ่มกลัวว่าจะกลายเป็นหมาหัวเน่า

มนัสได้รับคำสั่งให้ติดตามคดีผลิตธนบัตรปลอมโดยกลุ่มของ สกั๊ต (เจสัน ยัง) เจ้าของกิจการสนามแข่งรถและค้าขายรถยนต์ซุปเปอร์คาร์ยี่ห้อดัง โดยวางแผนให้ลายเมฆและปีแสงปลอมตัวเข้าไปเป็นหนุ่มเอ็กซ์ตรีมที่ชอบความเร็ว และให้ปีแสงไปตีสนิทกับ เอเชีย (โบวี่ อัฐิมา) น้องสาว สุดสวย และฉลาด ของสกั๊ตที่เป็นผู้จัดการบริษัทค้ารถยนต์ และทันทีที่ปีแสงได้เจอกับเอเชีย ก็ถึงกับตะลึงในความสวย จนฟ้าคราม และพจมานเริ่มระแวง

ปีแสงสืบรู้ว่าสกั๊ตได้มีการติดต่อกับ จักรวาล (สมเล็ก ศักดิกุล) นักธุรกิจส่งออกระดับแถวหน้าและมีธุรกิจเรือขนส่งสินค้าเป็นของตัวเอง แถมยังมีมือขวาสุดโหด กระทิง (กิก-ดนัย) มนัสจึงสั่งลายเมฆและองศาแฝงตัวเข้าสืบที่ท่าเรือของจักรวาล ปล่อยให้ปีแสงฉายเดี่ยว

ปีแสงกับคราสเริ่มมีปากเสียงกันบ่อยขึ้น จนต่างคนต่างรู้สึกน้อยใจกันละกัน ทำให้ปีแสงหันมาทุ่มเทกับงานจนพบหลักฐานว่าสกั๊ดผลิตธนบัตรปลอมจริงโดยซุก ซ่อนไว้ในรถเฟอร์รารี่ที่นำเข้ามาผ่านท่าเรือของจักรวาล ส่วนลายเมฆก็เริ่มสงสัยว่าในกรมตำรวจต้องมีเกลือเป็นหนอนเพราะทุกย่างก้าว ที่เขาตามดูจักรวาลมักมีข้อผิดพลาด

เฮียหลงแกล้งสร้างเครื่องแปลงร่างออกมาหลอกทุกคยให้หน่วยสายลับ ลายเมฆ เป็นผู้ถูกเลือกให้เข้าเครื่อง จนถูกแปลงร่างออกมาเป็น ลายเมฆในร่างของ เอกมันต์ (แจ็ค แฟนฉัน) สายลับอีกคนแล้วแสดงละครหลอกทุกคน เพื่อที่ลายเมฆจะได้ไปตามสืบว่าใครเป็นหนอนบ่อนไส้ของทีม

ปีแสงเข้าไปสนิทกับสกั๊ตจนแน่ใจว่าสกั๊ตไม่มีส่วนรู้เห็นกับการผลิตธนบัตร ปลอม แต่ก็สงสัยว่าธนบัตรเหล่านั้นถูกส่งผ่านทางรถของสกั๊ดได้อย่างไร กรมตำรวจอนุมัติหมายจับสกั๊ด แต่ปีแสงเอาตัวเองรับประกันว่ายังมีเงื่อนงำในเรื่องนี้ แต่ลายเมฆกับคิดว่าปีแสงใจอ่อนเพราะจะเอาใจเอเชียทำให้ทั้งคู่มีปากเสียงกัน

กรมตำรวจตัดสินใจส่งคนเข้ามาจับกุมสกั๊ตพร้อมของกลาง สกั๊ตหนีการจับกุมโดยมี ปีแสงเป็นคนช่วย สกั๊ตเริ่มสงสัยว่าเรื่องที่เกิดขึ้นนี้เหมือนถูกกลั่นแกล้ง และเริ่มสงสัยเอเชีย สกั๊ตกับปีแสงจึงสะกดรอยเอเชีย จนได้รู้ความลับว่าจักรวาลได้ส่งคนเข้ามาปะปนในกรมตำรวจเพื่อสืบหาข้อมูล จักรวาลส่งคนตามเก็บสกั๊ด แต่ปีแสงวางแผนสร้างสถานการณ์ให้จักรวาลคิดว่าสกั๊ดตายไปแล้ว ปีแสงแอบปรึกษากับลายเมฆแบบเป็นการส่วนตัว และจับผิดว่าใครคือหนอนตัวนั้น และคนที่มีพิรุธให้ปีแสงสงสัยมากที่สุดก็คือ องศา…

ลายเมฆ จะทำอย่างไรกับองศา และปีแสงจะปรับความเข้าใจกับฟ้าครามได้อย่างไร ติดตามลุ้นพวกเค้าต่อไปได้ใน ละคร “สืบสวนป่วนกำลัง 3”