冷鋒（吳京飾）在非洲經歷了腥風血雨之後回到國內。發現龍小雲雖然被僱傭軍槍殺，但並未死去，而是恰巧被神秘組織救下，但不幸失憶！神秘組織見其武藝高強，身懷絕技，便加以利用……
正在這時，國內某非著名教育培訓機構，對上市公司三原色所佔的市場份額又妒又恨。便找到神秘組織，開高價進行打擊陷害！於是經過周密籌劃，神秘組織派出龍小雲，偽裝成一名年輕老師，帶著鋼針應聘進入三原色幼兒園，專事負責虐待兒童。
經過龍小雲的多方周旋，成功色誘了幼兒園工作保障人員，定期斷電，以損壞硬碟，使所有證據模糊，把水攪渾。
在育兒園外，神秘組織成功買通並策反了幾戶附近小區家庭，父母和3歲兒童報名入園，主要任務是製造謠言攻擊三原色。
與此同時，神秘組織還將這一計劃傳達給國外敵對勢力，以便藉機炒作放大，用以誣黑政府及軍隊……裡應外合，一舉搞垮三原色！
得知這個消息後，國內派出冷鋒（吳京飾）為首的精幹隊伍，聯合警方偵破此案。
機智的冷鋒經過多次與神秘組織交手，幾次死裡逃生，最終找到了重要線索——龍小雲！在和她一起看了陳冠希的硬碟後，龍小雲終於回復了記憶！一起將神秘組織消滅，三原色終於沉冤得雪。將真相公布於眾後，舉國震精！
《戰狼3之虐童疑雲》最大的看點在於：當你覺得這事只是一件虐童案的時候，發現這是一個商業間諜案，當以為這是一個商業間諜案的時候，發現其實是一個情感案，當判定它為一個情感案的時候，終於明白原來是一場愛國主義教育案……
正當所有人以為結局皆大歡喜的時候，龍小雲卻再次遭到槍殺，但並未死去，而是恰巧被另一夥神秘組織救下……