三色貓福爾摩斯的推理

　　片山義太郎因為名警探父親的遺志而成為刑警，但是他見到血就會眩暈，並且患有女性恐懼症。他認為自己不適合當警察，每天都想着遞交辭呈。然而，被酷愛推理的哥哥浩史和行動派的妹妹晴美所鞭策，繼續着自己不斷失敗、無出頭之日的警察生涯。一天，片山的上司慄原課長令他到一所女子大學調查教授被殺案。在校園裏，片山遇到了一隻被師生們嫌棄的三色貓，它的名字叫福爾摩斯。這隻貓不僅會撓人，而且還會咬人，但對片山卻表現得很親近，片山認為和這隻貓有緣，決定收養它。片山被安排在一間由集裝箱改裝成的咖啡店蹲點，以監視女子宿舍。當晚，咖啡店附近發生火災，片山離開監視點趕去滅火，之後獨自回家。第二天，女子大學的部長森崎教授被發現死在咖啡店內，奇怪的是，門窗從店內被反鎖，店內的桌椅都被搬到了外面，店內除了死者已空無一物。通過森崎教授的情人吉冢雪子提供的線索，殺人案被懷疑和新校舍建設貪污案有關聯，犯罪嫌疑人指向建築商今井和森崎教授的弟弟總務部長富田。片山和同僚在追捕今井時，今井從高出墜亡，片山深感愧疚。警方對富田進行審訊，富田承認了第一宗謀殺案，但卻否認殺了森崎。正當片山對案件感到束手無策的時候，身邊的三色貓指引着片山來到了森崎的辦公室。根據三色貓提供的幫助，線索一條條逐漸清晰起來。

　　片山義太郎報名參加文教中心舉辦的一個戀愛講座，以克服自己的女性恐懼症。陪同他來聽課的是同事石津，石津是為了追求在這裏打工的片山的妹妹晴美。當眾學員觀看完一段DVD資料片後，燈光亮起，室內發出尖叫聲，原來有人發現坐在後排的山室講師胸部被人插了一刀，死於非命。講座的相關人員被請到警署提供線索，他們是泉田講師、户村講師和相良事務三人。泉田講師、户村講師當時在別的班講課，有不在場證明，相良事務當時在放DVD；再查找學員們的資料，發現一個奇怪的事情，有個叫金崎澤子的女人報名參加了講座，但她卻在兩年前已自殺死亡。警方查出金崎澤子是因欠債問題而自殺，於是派片山到金崎家調查。片山從金崎澤子的妹妹金崎涼子口中得知金崎澤子是被人逼死的。難道是澤子的幽靈復仇？還是涼子替姐姐報仇？片山家庭探案小組認為涼子有重大嫌疑。片山再訪金崎家，卻發現涼子已被人殺害。緊接着，講座班的泉田講師也在職員室離奇死亡。警方驗出泉田所吃的胃藥裏被人下毒，再查看監控錄像，發現金崎涼子出現在案發現場。片山驚覺自己因怕血的緣故錯認了死者，其實涼子根本沒死，被殺的女子是涼子的表姐。警方正全力追捕涼子之時，片山接到了涼子打來的電話約片山見上一面。片山趕到約定地點，涼子承認是自己殺了山室和泉田，並説出了殺他們的理由。片山憑直覺認為不是涼子乾的。

　　片山在街頭偶遇行跡可疑的連環縱火通緝犯山澤智廣，在福爾摩斯的提醒下將犯人成功拘捕。片山獲得警方頒發的獎狀，慄原課長另外獎勵給片山一根高爾夫球棒，並推薦他到一座中世紀歐洲風格的城堡去旅行。其實慄原是委派給片山一項任務，讓他隨行保護永江財團的董事永江和哉一家。為免引起懷疑，片山帶上了哥哥浩史和妹妹晴美同行，還有總與他形影不離的石津。一行人當中包括永江財團社長英哉的兩個兒子——和哉、坤也，兩個女兒——有惠、圭子。當片山到達城堡，才知此間城堡的主人是英哉。英哉開門見山表示邀眾人到來的目的是為了查出兩年前殺死未婚妻智美的兇手。大少爺和哉向片山講述了智美離奇被殺經過：兩年前，英哉夫人病逝後，英哉認識了智美，正當兩人在城堡中準備舉辦婚禮時，在婚禮前夜，參加婚禮的永江家族中人發現智美被殺害在城堡的一具“鐵處女”裏。“鐵處女”是中世紀歐洲流傳下來的一種刑具，英哉一直秘密地收留在城堡中。英哉一直懷疑是四個子女為爭遺產而殺人，失去摯愛的痛苦讓他對四個子女已全無感情。英哉一眼識穿片山的警察身份，並請片山幫忙找出真兇。毫無頭緒的片山只得再次求助福爾摩斯給出提示。片山將寫有四個兒女名字的卡片放在福爾摩斯面前，要它直接點出誰是兇手，但福爾摩斯沒有反應。接下來，長女有惠小姐被殺，被懷疑是兇手的英哉失蹤；電話線被切斷，眾人手機被盜，逃出城堡的出路被炸燬，他們和外界被完全隔離開來。

　　失蹤的英哉被發現死在“鐵處女”內，大少爺和哉向管家尾本索要遺書，尾本表示不知情。接下來，二少爺坤也在尋找遺書過程中被人用箭射傷。聽到慘叫，眾人趕往查看，唯一沒趕到現場的和哉被坤也懷疑是兇手。片山和眾人到和哉的房間欲查問究竟，卻發現和哉留在電腦內的遺書。根據遺書的內容，和哉承認自己為兇手，並表示要以死贖罪。隨後，眾人發現了和哉的屍體。和哉的死亡使剛找到的線索又斷了，片山又打起了退堂鼓。浩史和晴美難得親自參於到案件中來，對片山的表現非常失望。晴美決定獨自尋找兇手，不料被人襲擊，當她醒來時，發現自己被關在了“鐵處女”內。兇手露出了本來面目，竟然是之前被活埋的秘書北村。北村吐露是自己殺了英哉和有惠，詐死也是為引導眾人懷疑英哉，但英哉的屍體被發現證明兇手另有其人。正當北村欲加害晴美時，片山趕到，兩人搏鬥間，重病的石津趕來擊退北村，救下了晴美。片山在追捕北村時，北村掉下古堡而亡。緊接着，地下室傳來槍聲，坤也和尾本死在了一起，眾人推斷為同歸於盡。由北村透露的信息，他的行動被尾本發現，尾本趁機勒索，北村將這件事告訴主謀坤也，坤也欲殺尾本滅口，爭鬥間兩人同歸於盡。永江家族的人只剩圭子一人，此刻片山憑着一個小細節推斷出主謀是圭子，讓圭子啞口無言。一切謎團均已解開，圭子自認小看了片山，準備舉槍自盡。片山衝過去救下圭子，成功地説服了圭子放下輕生的念頭。案件告一段落，片山終受到浩史和晴美的肯定，發燒痊癒的石津卻忘了自己曾英雄救美。

　　每次都弄丟片山辭職信的慄原課長請片山兄妹在一間餐廳吃飯。慄原告訴片山，這回他總算保住了辭職信，並已接受了他的辭職請求，要他安心準備離職，令片山兄妹大感意外。這時，餐廳發生槍擊事件，一男子當場身亡，奇怪的是死者身上沒有流血。慄原告訴片山，這將是他參與的最後一件案子，希望他全力以赴。經法醫官現場的檢查，發現死者的頸部有被注射的痕跡，可能是被注射器毒殺，應和槍擊案無關。死者名叫神田勇一，30歲，他的身邊發現有恐嚇信。同時，片山在死者的記事本里發現一張高中女生的照片。片山和石津到神田家調查，遇見幹練的美女警察津川旬子（吉瀨美智子飾），發現她也在查神田。第二天，又有獨身男子安東和敏被刺身亡。死者身上發現恐嚇信和注射器。因兩起兇殺案有一定的關聯性，警方成立了特別調查組，旬子和片山有了在一起合作的機會。兩人到安東家搜查，找到了同一位女生的照片。片山請旬子到家作客，福爾摩斯嚇得躲了起來，浩史卻要求兩人儘快結婚，讓兩人一陣尷尬。第三宗兇殺案緊接着發生了，死者叫結成哲也，身上發現恐嚇信和小刀。慄原課長推斷兇手是以音樂賦格曲的形式進行的殺人遊戲，即殺害第一個被害者的兇器會出現在第二個被害者身邊。在片山家庭搜查會議上，石津認出照片上的女生是天氣預報DJ藤田由佳利，她已於三個月前突然失蹤。片山約旬子共晉晚餐，打算向旬子表白愛意，旬子卻沒有赴約。第二天，片山從慄原口中得知旬子已退出了特別調查組，同時自己也被排除出了調查組，令片山大受打擊。晴美決定代片山查案，當她進入嫌疑人久保山家時，卻被旬子從背後擊暈。

　　晴美被旬子擊暈後，被隨後趕到的石津送往醫院。晴美出院後緊急召開家庭搜查會議，眾人懷疑的目標直指旬子，石津更指出，退出案件調查的旬子已失去了聯絡，實在令人起疑。片山不能接受眾人懷疑旬子是兇手，極力替旬子辯駁。福爾摩斯不忍片山一直消沉下去，要求和片山一起出去尋找線索。晴美在石津的幫助下進入搜查一課資料室查找由佳利的失蹤檔案，得知由佳利失蹤那天，有一名身份不明的女性從樓梯上跌落而死，跌落地點竟然是久保山家。在查看死者遺物時，晴美還得知石井一馬曾來過。福爾摩斯將片山帶到一所高中，在這裏，片山竟然遇到了旬子。旬子想叫片山離開學校，遭福爾摩斯阻止。片山在學校瞭解到了驚人的真相。原來由佳利15年前正是這所學校的學生，因父親舉報了久保山父親的貪污，她受到了以久保山為首轉載註明：九度網電視劇頻道的幾個同學對她連續幾個月的報復，不能忍受欺侮的由佳利最終選擇跳樓自殺，之後幾年她成了植物人，直到4年前才甦醒過來。而由佳利的名字實際上是叫津川幸子，她的姐姐就是津川旬子。片山經過內心苦苦地掙扎，還是向根本舉報了旬子。此刻，久保山打來電話，要求警方救他。片山和警方趕到久保山躲藏的倉庫時，久保山已被旬子和石井挾持。片山請求慄原同意他與旬子談判，慄原同意了他的要求。片山進入倉庫，看到旬子正要對久保山進行私法制裁，片山急勸旬子放下手中武器，不要再錯下去。旬子憤怒地控訴了久保山的罪行：甦醒過來但已失憶的幸子為了解自己的過往，找到了久保山家裏，久保山想再次傷害幸子，結果造成幸子從樓梯上跌落而死。

　　某晚，片山一家和石津在外就餐後回家，當他們路過一座公寓時，發現公寓突然着火。得知屋內還有人沒逃出來，片山和石津急急忙忙闖入火海救出一對老年夫婦。因火勢猛烈，仍有兩人葬身火海，片山深感愧疚。第二天，警方公佈火災情況，在火災中喪生的分別是70歲的石野玄和31歲的立石美樹。因為近兩個月發生了5起舊樓火災，警方懷疑是有人故意縱火。片山想起火災現場有一女子拍照，經翻查近幾起火災現場的照片，發現都有她的身影。經查詢這女子是某雜誌的主編有田令子。在片山家，推理狂浩史又展開了自己的推理：有田令子故意縱火，然後拍下火災照片，試圖製造獨家報道，提升雜誌銷量，使瀕臨倒閉的雜誌社能夠起死回生。警方傳訊有田令子，她指出自己有消息來源。片山跟蹤有田令子，發現她去採訪了火災時被救出的那對夫婦。通過令子的介紹，片山得知了租住在圍屋的老人們的悲慘境地。而令子想曝光利用圍屋壓榨老人的不良企業。在搜查會議上，片山指出令子是個有良心的記者，但石津卻查到令子曾用錢收買火災住户立石貢。令子回家時遇襲，幸虧片山趕到才脱險。片山追問令子收買住户一事，令子承認是給報料人的情報費。令子將老夫婦從圍屋接走，並把他們安排在自己的住所旁邊，同時老夫婦提供了重要線索。石津在調查立石貢時，發現他已失蹤，各類信息顯示他有縱火騙取保險金的可能。隨後立石貢被發現死在家裏，經檢驗死於心臟病復發。片山將立石貢的死訊告訴令子時，令子透露行兇者的下一個目標是自己家。片山和令子趕回家，發現安置兩位老人的住所已遭破壞。令子和兩位老人決定要用自己的方式對付這個壓榨老人的邪惡組織。為阻止令子的過火行動，防止悲劇的發生，片山決定搶先揪出兇手。就在此關鍵時刻，福爾摩斯給了片山一個小小的提示。

　　片山被逼上梁山，在一家女子大學做演講時，一具屍體從天而降，片山見血即暈，於是這段經典的警察失神暈倒的視頻被傳到了網上，上頭決定要把片山調走。片山一家當然不會這麼輕易妥協，決定迅速破案立功來避免調職的災難。另一邊，福爾摩斯卻宣言自己快死了，過不久即將消失，片山與這隻肥貓的緣分或許已經走到盡頭了。

　　到片山在演講時，一具屍體從天而降，而後破解了原來是堀口康夫使用釣魚線拉起的；而指使堀口殺人的被認為是村瀨明日香。後來明日香還殺了奈良教授並嫁禍給宮越友美。於是村瀨明日香被認為是整個案件的主謀。然後此時福爾摩斯又出現了，片山在這隻貓的指示下突然明白真正的幕後黑手。

　　曾經的銀行搶劫犯金田廣造越獄，警方在追捕過程中，一名叫村田的警察殉職。正當所有人都認定是金田殺的人時，片山卻覺得這件事裏面有蹊蹺，幾經調查發現原來村田是在混亂的槍戰中不小心被課長慄原所擊中身亡的；金田以此事為由威脅警方，警方為滅口竟派狙擊手意圖殺死金田，好在片山阻擊了，但他也越發覺得奇怪，警方為何不惜殺死金田，這幕後到底是什麼陰謀？而與此同時他也知道了這個金田廣造正是當年殺死父親的罪犯。

　　且説，片山救了殺父仇人金田，金田跑到片山家中求救，表示自己當年並沒有殺害片山父親，片山相信了他，為了儘快查出真相決定與金田一起行動，兩人發現，這一切的背後都是由同一個幕後黑手所策劃。最後，片山在沒有依靠福爾摩斯的情況下破了案子，那麼福爾摩斯是去還是留，這隻胖貓將何去何從。