会社社長が刺殺される事件が発生。しかし、捜査に進展はなく、国木田班長（中村梅雀）や小宮山志保（羽田美智子）ら特捜班はわずかな手掛かりを求めていた。 そんな中、早瀬川真澄（原沙知絵）の解剖の結果、遺体から謎の付着物が見つかる。やがて、浅輪直樹（井ノ原快彦）と高尾由真（深川麻衣）の執念の捜査で、1日前に被害者のバッグが見つかった場所から100メートルほど離れた民家の庭で、被害者の財布を発見。志保は犯人の逃走ルートは東側だと推測を立てる。 一方、青柳靖（吹越満）と矢沢英明（田口浩正）は、志保の見立てとは真逆の方角の公園を捜査していた。矢沢の片手にはタブレットが握られており、画面には美少女キャラが。なんと、ネット上の素人の《推理動画》を頼りに、捜査していたのだ！ そんな矢沢を青柳はからかうが、やがて茂みの中から血の付いたナイフが見つかる。 矢沢はナイフ発見のきっかけとなった動画「乙女探偵・深世小夜香」をメンバーに説明。最近、ネットで話題の配信者で、有名な事件に独自の推理を示して動画をアップしているという。そして、国木田があることに気付く。実は広報課に深世小夜香から「捜査に苦戦しているようであれば、私がお力添えいたします」といったメールが届いていたのだ。 矢沢いわく「乙女探偵なんて名乗ってる投稿者は、変なおっさん」とのことだが、凶器の在処を言い当てた深世小夜香が犯人である可能性も!? 直樹と由真はさっそくメール送信者のもとを訪ねるが、出てきたのは早坂長平（長谷川朝晴）という中年男性だった。彼は引きこもりの女子高生の娘と二人暮らしとのことで、直樹は念のために娘にも会おうとするが、その娘・蘭子（池間夏海）こそ、自らを「乙女探偵・深世小夜香」と名乗り…？