國際醫療隊的醫生橘和都敘利亞回到日本東京，她的老師水野隆之羽田機場接她。二人久別重逢，和都非常高興。但是，就在此時，水野突然因腹部爆炸而死。負責案件調查的禮紋警部、柴田巡查長帶和都到警署接受調查。在安放遺體的地方，和都遇到了正在給水野的遺體做尸檢的案件調查顧問夏洛克。和都跟隨著擁有超常洞察力和推理力的夏洛克一起挑戰這件離奇的“液體炸彈”連環殺人案。
和都所住的酒店全部燒毀，在夏洛克的哥哥健人勸說下，她搬到波多野家的221B，開始與夏洛克同住。某日，夏洛克受波多野的朋友舞原鞠子委托，調查一樁案件。舞原借給美術館岸田實篤的畫作《幸子像》上被人用油性筆畫上了胡子，舞原希望查清犯人的身份和做案動機。然而，曾提議舞原夫人賣掉《幸子像》的畫廊老板柳澤從樓上墜落而死，夏洛克開始與畫像修復師桑畑等人接觸，展開調查。
夏洛克與和都接到一個案件委托。委托人灰谷鈴子為了能跳槽到大牌制藥公司“莫森制藥”，把研究文化文交給一個叫椎名亞里沙的獵頭，誰料，亞里沙拿到論文后就失蹤了，再也聯系不上。夏洛克著手查案時，得知“莫森制藥”的研究室主任綿貫博士被人用高壓電流襲擊，已成廢人。夏洛克認為這兩起事件之間有密切的聯系。根據從亞里沙的妹妹由麻處得到的情報，她開始懷疑亞里沙是整個事件的關鍵人物。