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著名机器人学家金田博士的遗孤，同时也是铲除东京邪恶势力的天才少年侦探——金田正太郎。今日他追击宿敌村雨一家至建设中的东京塔，却遭埋伏的村雨健次抓获……

从巨型炮弹中出现缠满绷带的谜之巨大机器人。敷岛博士对正太郎说道：“听着…金田博士的遗孤‘正太郎’并非只有你一人…战争结束时诞生的也不止你……” 燃烧的绷带四散，机器人开始走向市区。

铁人28号与27号的战斗摧毁了大量建筑。正太郎生疏地操纵铁人清理废墟。远方突然传来爆炸声，现场破碎的烧杯与水槽中流出凝胶状液体……

黑色机器人“黑色奥克斯”摧毁神秘水槽、击倒铁人28号，正太郎意志消沉。高见泽秘书带他听音乐会散心，归途却在人群中瞥见疑似不乱拳博士的身影……

知晓“铁人第二计划”的正太郎面前突现“怪物”——那正是不乱拳博士违逆神意创造的人造人。怪物在村雨协助下藏身下水道。治疗怪物时，村雨从正太郎处夺来的计划书中竟写着……

正太郎与大冢将回收的黑色奥克斯运往伊豆大岛研究所。暗处，黑帮首领 thrill suspense 与村雨各自谋划夺取铁人28号及其操纵器……

操纵器被 thrill suspense 夺走后，正太郎陷入深深自责。与此同时，军舰岛基地内的歹徒正用铁人掠夺财宝。与他们合作的村雨怒斥得意忘形的歹徒，但……

正太郎独自前往军舰岛夺回操纵器。负伤登岛后，他遇见受斯宾塞大佐委托前来破坏操纵器的村雨。两人发现敌营，正太郎却正被捕获……

敷岛重工出现陌生巨型机器人。敷岛向正太郎介绍德拉格内特博士及其助手约翰逊，并透露对方是金田博士的研究对手，意图用机器人“吉尔伯特”征服太空，但……

为追查德拉格内特博士谋杀案线索，正太郎与大冢赶往战时参与秘密武器开发的牧村博士宅邸。抵达时房屋起火、警察倒地，戴面具的神秘男子正在屋内等候……

被逼入绝境的超人类“凯利”虽展现压倒性力量，身体却突然异变，掳走敷岛博士逃往秩父深山。他胁迫敷岛修复身体。而埋伏在外的正太郎与大冢，终于等到……

归途中正太郎发现一名高烧昏迷男子，送医时却被两名神秘人劫走。追击中一人死亡、一人逃脱，而救护车内早已空无一人——这原是调虎离山之计……

动物园园长化成干尸被发现。正太郎与大冢赶往审讯室时，第一发现者八木正接受问询。负责验尸的山岸教授见状，立即命令警方全城警戒……

自称保健所人员的男子以预防痢疾为名，让银行职员服下剧毒并劫走现金，随后如烟雾般消失。大冢追捕“黑面具”至美术馆，对方却在光芒中凭空消散……

京都寺院国宝焚毁案，目击者称凶手是能自主行动的“小型机器人”……此时敷岛接到战时研究伙伴川原崎急电：“快看报纸！”报道中竟出现本应已故的研究员绫子……

战时由不乱拳博士弟子开发的人工智能“罗比”引发连环凶案。敷岛重逢出征前成婚的“梅小路绫子”。但不乱拳弟子大原临死前指认敷岛为凶手，导致敷岛遭逮捕……

掌控世界经济的“贝拉内德财团”赴日考察时，突遭机器人“萨图恩”袭击。铁人28号以压倒性力量将其摧毁。与此同时，巢鸭监狱释放了火焰博士，而他径直前往敷岛重工……

为调查敷岛博士离奇“自杀”原因，大冢与正太郎前往敷岛宅。据夫人所言，敷岛与黑衣男子讨论“太阳炸弹”后一同消失。前往警视厅查询资料时，新任署长“克罗洛福姆”竟将他们拒之门外……

正太郎在秘密地下室发现父亲的金田博士录音时，神秘面具男尼古庞斯基与黑色奥克斯现身。铁人28号已被火焰博士控制。正太郎遭尼古庞斯基制伏，只得用铅笔型机器人“0815”反击……

正太郎一行追寻金田博士遗留的“斑岩”线索，突遭恐龙机器人“加隆”袭击……漂流至斑岩的正太郎被尼古庞斯基抓获。对方却将他带往安全处，并开始讲述正太郎身世的秘密。

金田博士的间谍嫌疑因证物“太阳炸弹”消失而暂获澄清。但正太郎认为事实并未改变，态度逐渐异常……他开始像对待武器般冷酷地操纵铁人。

企图掌控日本经济的贝拉内德财团，策划了黑部水坝建设用的机器人选拔赛，全球机器人齐聚宛如博览会。村雨对正太郎使用铁人产生不祥预感，独自开始调查赛事背后的阴谋……

因在铁人体内发现太阳炸弹，其存在意义遭受质疑。“铁人审问会”召开，辩论它究竟是“兵器”还是“工具”。村雨被贝拉内德诱导作出违心证词，火焰博士更强调其军事属性。对此，正太郎毅然……

正太郎与奇迹生还的敷岛博士重逢。当夜，他却听见敷岛与克罗洛福姆在宅邸内激烈争执。为推翻审问会上对铁人的不利证词，众人前往敷岛重工，试图揭露火焰博士即黑部机器人竞赛的破坏者……

火焰博士正为黑色奥克斯进行复检，贝拉内德则暗中操控奥克斯军团，企图同时夺取铁人与太阳炸弹。另一方面，正太郎等人在村雨公寓为敷岛博士生还庆祝。席间敷岛吐露过往行动原委，并阐述了自己对铁人的看法……

黑部水坝施工现场的黑色奥克斯突然失控暴走。为阻止其破坏，唯一方法是启动铁人28号体内的太阳炸弹，将其化为最强兵器应战。正太郎被PX团与火焰三世包围，面临残酷抉择。最终他……