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宅間（草なぎ剛）の所属部署に、伯父が現警察庁長官という真里亜（夏菜）が転属してくる。真里亜は宅間が元受刑者という経歴を知り、不安に。そんな中、宅間らは新宮司家の当主が首をつった状態で見つかった事件の捜査を始める。現場を訪れた宅間らは、発見時の当主の背中に、ナイフが刺さっていたことを知る。

イヌの散歩をしていた男性が、道路工事中の穴に転落し死亡する。捜査一課は事故死と判断するが、唯子（芦名星）らが防犯ビデオで確認すると、宅間（草なぎ剛）が、イヌに向かって何者かが棒を投げたことに気付く。故意に事故を仕掛けたと判断した宅間は、真里亜（夏菜）と共に、被害者が勤めていた会社に聞き込みに向かう。

真里亜（夏菜）は10年前、爆発事故で亡くなった父・公昭（羽場裕一）の調書が入ったファイルから、自身の家庭教師だった奈津美（鶴田真由）の写真を見つける。真里亜は奈津美に父の最期の言葉について尋ねる。一方、宅間（草なぎ剛）らが真里亜のパソコンを調べていると、監禁されている真里亜の動画が送られてくる。

キャバクラの店員・加瀬（山田悠介）が何者かに刺殺され、千波（南果歩）は、加瀬が5年前にある工場で純金が盗まれた事件の被害者だと気付く。その事件で逮捕された矢橋（眞島秀和）は出所したばかりで、宅間（草なぎ剛）は矢橋が加瀬を殺した可能性を指摘。だが、千波は何の証拠もないと反論し、一人で捜査を始める。

宅間（草なぎ剛）は、千波（南果歩）と人気俳優・藤村（神尾佑）の未公開映画の試写会を訪れる。宅間らが映画を見ていると、突然スクリーンに文字と謎の数字が表示され、男性の遺体が見つかる。客らが逃げようとする中、ドアに毒ガス装置が設置されている事に気付いた宅間は、装置を解除しようと必死になる。

複数の刺し傷がある男性の遺体が発見され、現場には有名ピアニストの薫（矢田亜希子）の代表曲“聖者のレクイエム”の楽譜があった。宅間（草なぎ剛）と真里亜（夏菜）が薫の元を訪れると、楽譜は1週間ほど前に紛失したという。そんな中、宅間は楽譜の中に暗号が隠されているのではと疑い、捜査を始める。

撲殺された男性の遺体が見つかり、宅間（草なぎ剛）は病院に怪文書が届く事件とつながっていると推測する。病院を訪れた宅間らは、怪文書の謎を解くため病院内を歩き回る。そこで宅間は、7通目だけ文言が違う事に疑問を抱く。一方、病院内の防犯カメラを調べていた千波（南果歩）らは、ある人物を発見する。

連続して3件の射殺事件と刺殺事件が発生するが、被害者には接点がなく無差別殺人の可能性が浮上する。捜査が進むと、被害者が逮捕されて不起訴処分を受けていた共通点が判明。さらに、宅間（草なぎ剛）は被害者を含めた8人の殺人を募った裏サイトを突き止める。宅間は過去の事件で出会ったある人物を追う。

裏サイトの“殺人トーナメント”で美也子（紺野まひる）が狙われ、意識不明の状態に。宅間（草なぎ剛）は、この事件に佐神（上川隆也）が関与し、自分を狙ったシナリオだと推測する。また、佐神を見つければ最後のターゲットが美也子に変わった理由が分かると考える。そこで、宅間は真里亜（夏菜）と一連の事件を洗い直す。

宅間（草なぎ剛）は“殺人トーナメント”の犯人を突き止めるが、犯人が転落死してしまう。犯人に銃を向けている姿を真里亜（夏菜）に目撃されたことで宅間は容疑者となり、追われる身に。そんな中、宅間を捜すゲームがネット上に出現。ゲームに意味があると察した千波（南果歩）らは、ゲームを解いて宅間を捜し出そうとする。