《神探伽俐略 沉默的遊行》一名女高中生忽然下落不明，三年後忽然被找到陳屍在某處焚燬的廢墟。此案的頭號嫌疑人曾接踵而來一樁殘暴的女孩殺人案，當時卻因為證據不足而有罪釋放。這次他重施故技，再度憑陰險的方針獲判有罪，甚至返回女高中生生前居住於小鎮，令整個社區瀰漫著憎恨的氛圍。

而在秋祭集會的那天，離奇殺人案再度在小鎮上再次發生，偏偏每個嫌疑人都有不到場證明了，偵破難度極高。找出凶手的重任落在天才化學家湯川講師（福山雅治 飾）身上，這次他與拍擋內海薰（柴崎幸 飾）及草薙俊平（北村一輝 飾）再度合作，究竟這三人組能否再破奇案？