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“CPS：犯罪行動分析室”に配属された新人プロファイラーの香月翔子（北川景子）。夫婦が惨殺された事件を調べる為、寺田毅彦（要潤）と共に事件現場へ赴くが…。

翔子（北川景子）の勝手な行動から、寺田（要潤）や新堀（平岡祐太）らCPS内に不和が。そんな中、結城（木村多江）は１人ずつバラバラに捜査するよう指示を出す。

寺田（要潤）の恩師・三宅（片岡鶴太郎）の娘が全身の血を抜かれて殺害された。「吸血鬼殺人事件！」とマスコミが騒ぐ中、翔子（北川景子）たちは捜査を始めるが…。

翔子（北川景子）たちは凶悪犯で死刑囚の巽聡史（柳楽優弥）と面談を行うことに。しかし、巽は面談前日に起こった事件の犯人像をプロファイリングしてCPSを煽り…。

女児誘拐事件が発生。誘拐犯の目的は、死刑囚の巽（柳楽優弥）が起こした殺人事件の全貌解明だった。事件を知った巽は、翔子（北川景子）に捜査協力を申し出るが…。

初公判を迎え、裁判所へ護送中だった無差別通り魔事件の犯人が逃走したとの連絡がCPSに入る。逃走した殺人犯は１人を殺害した上に３人を切りつけた通り魔で、事件後に自ら出頭。取調べでは犯行を認めたものの、自身の素性や動機は一切供述せず、氏名不詳のまま留置番号の“３８号”で起訴されていた。柘植（ユースケ・サンタマリア）の話では、“３８号”は護送していた警官の銃を奪って逃走。また事件を起こす可能性があり、CPSの面々に緊張が広がる。翔子（北川景子）や結城（木村多江）たちは、“３８号”の性格分析によって逃走の行動予測を行おうと、通り魔事件の現場に赴くことに。だが、新堀（平岡祐太）は「目撃証言があればプロファイリング出来る」とCPSに残る。事件現場を訪れたのち、寺田（要潤）は被害者のプロファイリングを開始。翔子と結城は拘置所を訪れ、弁護士以外誰とも面会しなかった“３８号”が、逃亡前に「ある女性」との面談に応じていたことを知るのだった。一方、CPSで“３８号”の行動を分析していた新堀は、結城の了承を得ず捜査本部に行動予測を報告。ところが、新堀の予測とは違うエリアに“３８号”が出現し、再び事件を招いてしまう。それを知った新堀は激しく動揺し…。

CPSに対し懐疑的な藤堂（小澤征悦）が、珍しくCPSへ捜査協力依頼にやってきた。だが、藤堂の依頼内容はなんと身内である柘植（ユースケ・サンタマリア）のプロファイリング。前夜に起こった射殺事件が、５年前の誘拐監禁殺人事件の捜査中に柘植が紛失した拳銃での犯行だったのだ。５年前、柘植は４人組の女性が被害を受けた誘拐監禁殺人事件を捜査。犯人グループの潜伏先を突き止めた柘植は単身で乗り込み、たった１人生き残っていた被害者を救出する。だが、その後柘植は現場に残っていた犯人の１人を確保しようとしたところ、背後から何者かに襲われ、気を失う。その間に、犯人が柘植の銃で射殺されていたのだった。藤堂はCPSの面々に、事件の容疑者として逃亡中の２名に加え、柘植も視野に入れて捜査すると話す。仲間のプロファイリングは行わないと言う結城（木村多江）に対し、翔子（北川景子）は柘植を助けるためにプロファイリングするべきだと主張。寺田（要潤）と新堀（平岡祐太）は今回の射殺事件現場に分析捜査に向かうが、翔子は５年前の事件現場へと向かう。現場を訪れた翔子はそこで、花を手向けにきていた事件の被害者・宮下麗華（市川由衣）と出会い…。

翔子（北川景子）は、ある所轄署から自主映画祭に届いたDVD映像の分析を依頼される。それは、林の中を逃げ惑っている３人の女性の映像だった。新堀（平岡祐太）と共にDVDを見た翔子はすぐに映像が本物だと判断、本格的な分析に取り掛かる。マリエ（須藤理彩）の調べで、映像に映っていた３人のうち２人は１年前に遺体が発見され、すぐに犯人が逮捕されていたことが判明。だが残りの１人は先月に捜索願が出されていた。３人とも同一犯による犯行ではないかと考えた翔子たちは、すでに逮捕されている被疑者とは別に真犯人がいると判断。結城（木村多江）は当時の捜査官に再捜査を依頼するが、却下されてしまう。自分たちが遺体を見つければ再捜査されると考えたCPSの面々は、３人目の女性の遺体の発見に成功。しかし、捜査本部ではCPSの分析した連続殺人事件としてではなく、今回発見された被害者に対してのみ捜査するようにとの指示が。自分たちで解決するしかないと犯人について分析する翔子たちだったが、被害者の共通した特徴にマリエが当てはまっていることが分かり…。

柘植（ユースケ・サンタマリア）に結城（木村多江）の身辺捜査を命じていた真鍋理事官（久世星佳）が刺殺体となって発見された。捜査要請を受けたCPSでは寺田（要潤）が現場の公園に赴く。現場捜査を開始した寺田は犯人の逃走経路と思われる道筋に翔子（北川景子）の名刺を発見。翔子と連絡が取れず、翔子の妹・舞子（岡本杏理）とも連絡がつかないことから、姉妹で事件に巻き込まれているのではと懸念する。一方、翔子は舞子の誘拐を示唆するメールを犯人から受け取り、舞子を救うべく単独行動していた。翔子は犯人の指示で、ある１人の男・鳴海和馬（風間俊介）と落ち合う。しかし、鳴海は記憶障害で、自分に関する全てを忘れている男だった。愕然とする翔子だが、電話をかけてきた犯人から「舞子は鳴海の家にいる」と聞かされる。そして「１人でプロファイリングして鳴海の家を見つけなければ、舞子は死ぬ」と告げられるのだった。翔子は仕方なく、鳴海の所持していた持ち物からプロファイリングを行うが、そこに柘植が現れ…。

翔子（北川景子）は、誘拐された妹・舞子（岡本杏理）を無事に救い出すことが出来た。しかし、舞子が大きな精神的ダメージを受けてしまったことに、激しいショックと犯人への憤りを覚える。CPSでは、鳴海の事件と、１０年前の女子高校生連続殺人事件の手口が同じことに皆の関心が高まっていた。結城（木村多江）はCPSの面々から翔子の父・香月教授（鶴見辰吾）との関わりを問い詰められる。結城は、自分が捜査に加わっていた女子高校生連続殺人事件でプロファイリングに行き詰まり、香月教授に協力を求めたことを告白。そして、香月教授が「犯人は“レディーキラー”だ」と告げる連絡を結城にしてきた直後に亡くなったのだと明かす。「香月教授は“レディーキラー”に殺されたと思う」と話す結城に、翔子は“レディーキラー”の正体は自分が突き止めると息巻く。結城は「“レディーキラー”は翔子を狙っている」と忠告するが、翔子は聞く耳を持たず、１人で捜査に飛び出してしまう…。