十津川班の班長・十津川省三（高嶋政伸）と十津川班刑事・西本明（小泉孝太郎）は売れっ子小説家・平木明（志垣太郎）が遺体となって発見された現場で捜査にあたっていた。第一発見者は雑誌編集長の長谷川真（梶原善）。平木との雑誌掲載に関してのトラブル解決のため、自宅へ訪れた際に発見したというのだ。
その後の調べで、死因は末期がんを患っていた平木の点滴に筋し緩剤が入っていたのが原因で窒息死と判明。筋し緩剤は簡単に手に入るものではない。
平木が亡くなったことを知り妻の由夏（小沢真珠）はタイから緊急帰国した。1年前から別居していたという。平木の顧問弁護士の桐野涼子（井上晴美）と平木の秘書である家永朋美（馬渕英里何）とともに現れた由夏は、十津川と西本から事情を聞かれる。その後の調べで、今回の事件が平木が執筆した「半島心中」のストーリーに似ていることに気づいた。
「半島心中」は主人公の画家が、モデルの若い女性にのめり込み翻弄され、このままでは自らの身を滅ぼすと思った画家は女性を殺害し、三浦半島の海沿いの林に埋めるというものだった。しかし画家の女性に対する思いは募るばかりで、結果画家の精神は崩壊し、自殺してしまう結末。
そして実際に死体遺棄現場を調べてみると女性の変死体が見つかった。「半島心中」は実話だったのか！？十津川たちは変死体で見つかった女性の身元割り出しに動くのだったが…。