東京に戻ってきた鞍馬六郎（堂本剛）とリカコ（水川あさみ）の元へ大田原警部（高橋克実）がやって来た。作曲家の財前繁（岩松了）の別荘で、遊びに来ていた歌手の神崎誠二（眞島秀和）が殺されたのだ。すぐさま現場に向かった六郎は、事件後から姿を消している神崎の恋人・三崎里美（西尾まり）が事件を目撃したために殺害された可能性を示唆する。その矢先、犯行を自供した里美を茂木刑事（戸次重幸）が連れてきた。事件は解決と思われたが、六郎は33分もたせることを宣言する。
　六郎は、神崎と財前の妻・順子（出口結美子）が不倫関係にあったと推理。事件発生当時の部屋が内側から鍵のかかった密室であったことから同室の里美以外の犯行は不可能と思われたが、嫉妬した財前が共鳴振動を使って部屋の外にいながら殺害可能なトリックを説明する。しかし、六郎が共鳴振動を間違って理解している上に、順子と神崎の意外な関係がわかり捜査は振り出しに戻った。
　六郎は、里美が混乱していて覚えていないと証言する。みつかっていない凶器のピストルに着目し、聞き込みを始める。やがて、別荘近くの牧場で無防備に落ちてるピストルが発見された。鑑識官（佐藤二朗）の調べでピストルには里美の指紋がべったりとついていたこと、室内で殺されたはずの神崎の体には微量の土や葉っぱが付着していたことがわかった。さらに、事件の3カ月前に神崎の付き人・間宮ミキ（植木夏十）が別荘付近の山を歩いていたことがわかった。
　六郎は、神崎とミキが恋人関係で2人で里美を殺す計画を立てていたが、神崎の気持ちが里美に戻ったことを知ったミキが逆上して殺したと推理。ピストルが牧場にあった謎も解いてみせる。しかし、ミキのある告白で、またしても捜査は振り出しに。
　情報屋（小島よしお）から、別荘で古くからお手伝いをしている吉村敏子（青木和代）が怪しい動きをしていること、財前が別荘を神崎に譲ろうとしていたことを聞いた六郎は…。