「鞍馬六郎探偵事務所」。六郎（堂本剛）の机に置かれたシャーロック・ホームズのフィギュアが突然語り出した。六郎の幼少時、父親からのプレゼントとして六郎の元へやってきたホームズは、小学生時代を振り返り—。
　豊島第3小学校。3年3組の教室では、10日前に転校してきた鞍馬六郎（前田旺志郎）が難しい問題をスラスラと解き、クラスメートをどよめかせていた。
　4時間目、体育。運動会に向けて大玉転がしの練習をやろうとするが、体育準備室から大玉がなくなっていることが発覚。六郎が何者かに盗まれた盗難事件だと言い出した矢先、やってきた用務員（鈴木正幸）が修理に出したことを告げる。このままでは残りの授業時間にやることがなくなると思った六郎は、この事件を給食まで持たせることを宣言する。
　教室に担任の河野（安田顕）、クラスメートたち、用務員、2組の担任・木村（黄川田将也）、マドンナ先生・麗子（中村ゆり）を集めた六郎は、修理は依頼したが修理屋さんが大玉を持っていくところを誰も見ていないことを指摘する。そして、クラスメートの翼（石井毅）と隼人（林凌雅）が運動会を嫌がっていたと勝手に決め付け、妨害のために大玉をビックリするような仕掛けで消したと推理。しかしすぐに実現不可能とわかり、推理は破たんする。六郎は翼やクラスメートのはるか（小野花梨）と共に聞き込みを始める。聞き込みの結果、河野と木村が麗子をめぐって激しく対立していることがわかった。さらなる情報を求め、六郎は情報屋（福田響志）の元へ行くが…。