東京都中央区日本橋人形町にある日本橋署に赴任してきたばかりの刑事・加賀恭一郎（阿部寛）。彼は他の誰もが気に留めない謎に着目し、数々の難事件を解決に導いてきた。人形町では“新参者”である加賀は早速周辺を歩き回り、この街を知ろうとする。そんな時、殺人事件が起こる。被害者の名は三井峯子（原田美枝子）。２カ月前に越してきたばかりの彼女もまた“新参者”だ。警視庁・捜査一課の小嶋一道（木村祐一）、上杉博史（泉谷しげる）、松宮脩平（溝端淳平）と共にこの事件を担当することになった加賀は、犯行現場で一枚の名刺を見つける。その名刺には生命保険会社に勤める田倉慎一（香川照之）の顔写真があった。仕事ぶりは誠実、人当たりは良好。そんな評判の良い田倉だが、峯子が殺害された犯行推定時刻の３０分間にだけ、アリバイがなかった。事件の鍵を握るのは、上川聡子（市原悦子）、上川菜穂（杏）、上川文隆（小林隆）が暮らす煎餅屋「あまから」。会社を出た田倉が立ち寄ったもう１つの場所「あまから」で聞き込みを始める加賀。１人の女性の殺害事件をきっかけとして、大きく動き出す人間関係。殺された峯子の息子・清瀬弘毅（向井理）、元夫である清瀬直弘（三浦友和）はその知らせを聞いて…。そして、人形町で偶然出会った、加賀の過去を知る人物・青山亜美（黒木メイサ）。加賀と亜美の出会いがこの先、どのような影響をもたらすのか？容疑者は人形町を行き交う人々全員。新参者刑事・加賀恭一郎の謎解きが今、始まる。

三井峯子（原田美枝子）殺害事件で、加賀（阿部寛）は現場に残されていた「人形焼」に捜査の焦点を絞った。人形焼の容器からは人形焼店の店員のものと被害者のもの、それともう１種類の指紋が検出。この残り１種類の指紋の持ち主が事件の重要な鍵を握るとして、加賀は相棒の松宮（溝端淳平）と共に捜査を開始する。事件当日に遺留品と同じ店で同じ詰め合わせを買ったのは、枝川頼子（夏川結衣）が女将として切り盛りする料亭「まつ矢」の板前見習い・佐々木修平（石黒英雄）だった。しかし、修平は買った人形焼は全部自分で食べたと事件との関係を否定。加賀が次に眼を向けたのは頼子の夫・泰治（寺島進）だった。泰治は「まつ矢」の主人であるにも関わらず、仕事といえば店の看板である「高級ワサビ」の仕入れだけで、あとはぶらぶら遊んでいる様子。そんな夫に対し頼子は…。

峯子（原田美枝子）が殺害される前に携帯メールを送っていたことがわかった。宛先は瀬戸物屋「柳沢商店」に半年前に嫁いできた柳沢麻紀（柴本幸）。加賀（阿部寛）はメールの内容が事件現場に置かれてあった新品のキッチンバサミに関係していることをつきとめ、事情を聞こうと柳沢商店を訪ねた。加賀は、峯子が麻紀に頼まれてハサミを買ったと推理していた。しかし、麻紀は峯子のことを客として知っていると認めたが、ハサミのことには一切触れなかった。加賀は麻紀が何か隠していると確信する。一方、麻紀と姑の鈴江（倍賞美津子）は“ある事件”以来、毎日口ゲンカが絶えないほどの不仲。間にはさまれた麻紀の夫・尚哉（大倉孝二）がその都度とりなすが全く効果がない。加賀は鈴江にハサミのことを聞くが、柳沢家にはすでにキッチンバサミがあり、新しいものなど必要ないと言い…。

殺害される直前に峯子（原田美枝子）が書いていたメールを読み解こうと加賀（阿部寛）と松宮（溝端淳平）が動き出した。そのメールには、いつもの広場で時計店を営む寺田玄一（原田芳雄）と会ったと記されていた。玄一は当日、愛犬・ドン吉の散歩の途中に浜町公園で峯子に出会ったと証言したが、浜町公園で他に峯子を目撃したという人間はいなかった。加賀は再び玄一の元を訪れ、峯子と会った場所を確認したが、「いつもの公園で会った」の一点張り。一方峯子は、メールに子犬の頭をなでていたとも書いていた。しかし、当日公園で子犬を見たという証言も取れない。それなのに自分だけは峯子に会い、子犬も見たと言い張る玄一に、加賀は不信感をぬぐえない。玄一の証言に納得できない加賀は、時計店の従業員・米岡彰文（恵俊彰）に頼んでドン吉の散歩に同行させてもらうことにしたのだが…。

加賀（阿部寛）と松宮（溝端淳平）らは、峯子（原田美枝子）のパソコンメールの履歴を洗い出し、犯行に関係あるものがないか相手先の確認を急いでいた。最後に残ったのが友人の藤原真知子（綾戸智恵）に宛てていたものだった。「しばらく見守ることにしました。店には何度も通っているから怪しまれているかも」という内容のメール。その後連絡が取れた真知子にそのメールの真意を問うと、ある事実が浮かんできた。それは以前、真知子は峯子の息子・弘毅（向井理）とその恋人・亜美（黒木メイサ）をこの小伝馬町で見かけたことがあり、その恋人が入っていった勤務先のお店を教えたという。加賀と松宮は峯子が持っていたレシートから、彼女が洋菓子店「クアトロ」を頻繁に利用していたと推測する。加賀がその店を訪れると、店員の北村美雪（紺野まひる）は峯子をよく覚えていると言う。峯子はただの客だという美雪だったが、加賀には引っかかるものがあり…。

事件の日、峯子（原田美枝子）はある友人と会う約束を交わしていた。それは遺体の第一発見者となってしまった親友・吉岡多美子（草刈民代）。その約束の時間を引き延ばした間に峯子は殺されてしまった。自分が約束の時間を変えなければ峯子は殺されなかったかもしれないと、多美子は罪の意識にさいなまれていた。事件の直前、峯子の携帯に公衆電話から電話をかけている人間がいた。加賀（阿部寛）と松宮（溝端淳平）は多美子に、周りに携帯電話をなくしている知人がいるかどうか尋ねた。多美子は心当たりがないと答えるが、実際には多美子の恋人コウジ・タチバナ（谷原章介）が公衆電話から電話をかけてきていて、とっさに嘘をついたのだった。加賀たちは、事件当日多美子が峯子に会うことを知っていたというコウジに捜査の矛先を向けた。コウジが提出した携帯電話は真新しく、以前のものは紛失したと言うが…。

峯子（原田美枝子）は生前、夫の清瀬（三浦友和）の浮気を疑っていたようだった。相手は秘書の宮本祐理（マイコ）。捜査本部でも彼女のことが原因で２人は離婚し、果ては浮気の発覚を恐れて清瀬が峯子を殺害したのではないかと噂が出ていた。上杉（泉谷しげる）は清瀬を追い詰めようと主張するが、小嶋（木村祐一）は証拠が挙がってからと慎重な構え。加賀（阿部寛）は清瀬の息子・弘毅（向井理）から父親の女性関係を探るが、浮気など考えられないという。加賀と上杉が次に向かったのは清瀬が経営している会社の税理士・岸田要作（笹野高史）のところだった。清瀬とは３０年来の付き合いだというが、岸田は彼の周りに女性の影はないと否定した。それでも上杉は清瀬と祐理のただならぬ関係を確信。祐理を問い詰める上杉と清瀬がもみ合いになり、ついには暴力沙汰に発展してしまう。

事件の最重要人物として、清瀬（三浦友和）と秘書の祐理（マイコ）が捜査線上に浮かび上がった。事件当日のアリバイ証言も曖昧で、共犯を疑われる清瀬と祐理は２４時間態勢で徹底的にマークされた。そんな中、加賀（阿部寛）は、しばらく泳がせておこうという捜査本部の方針に反し、疑いをかけられている清瀬と祐理に直接ぶつかった。清瀬は祐理のことを単なる秘書だと言い張るが、加賀は祐理のネックレスと指輪に注目していた。高級なダイヤのネックレスに比べて、左手の小指にはめられた指輪はかなり古そうな印象だ。加賀は誰からのプレゼントか聞くが祐理は答えず、清瀬も知らないと言う。次に加賀が向かったのは、清瀬とは３０年来の間柄という税理士の岸田（笹野高史）だった。そこで加賀は、清瀬が昔通っていた銀座のクラブの存在を知り…。

清瀬（三浦友和）と祐理（マイコ）の共犯説は消えたものの、清瀬のアリバイが怪しくなってきた。犯行時刻には自分の会社にいたという清瀬だが、電話をしたところ誰も出なかったと証言した人間が現れた。清瀬の会社の税理士・岸田（笹野高史）の息子・克哉（速水もこみち）だった。清瀬はその時間、事務所でなく倉庫にいたので電話は聞こえなかったと加賀（阿部寛）に説明する。加賀は克哉の自宅を訪ね、さらに詳しく電話の件を探った。すると、ひょんなことから克哉自身の犯行当日の行動が曖昧なことが判明し、加賀の矛先は克哉にも向くことになる。峯子（原田美枝子）が昔、克哉の家庭教師をしていたことを弘毅（向井理）から聞き出した加賀は、克哉を訪ねる。峯子とは６年前に会ったのが最後と加賀に言う克哉だが、峯子が引っ越した最新の住所が記された転居通知を持っていた。

事件の重要参考人として、加賀（阿部寛）は清瀬（三浦友和）に日本橋署まで同行を求めた。同時に、事件当日に峯子（原田美枝子）と一緒にいるところを目撃されている克哉（速水もこみち）も署に呼ばれる。清瀬が克哉に金を渡していたという証言もあり、２人は共犯かもしれないというのが警察の見方だった。共犯の疑いがある克哉は「峯子とは６年前に会ったのが最後」と嘘をついていた。自分の息子（中西龍雅）のためにフィギュア専門店に行っていたのに、それも行っていないと偽っている。加賀は克哉の数々の嘘を見抜き、本人に事実を証言するよう迫った。やがて、克哉は覚悟を決めたかのように本当のことを話し始めた。あることがきっかけで、嘘で嘘を隠す生活が始まったという克哉。贅沢な生活、清瀬から受け取った現金、事件当日の峯子への訪問…。加賀の推理が人々の「嘘」をあばき、ついに事件は収束を迎えようとしていた……。