傳奇偵探金田一耕助的孫子金田一一（山田涼介飾）與青梅竹馬七瀨美雪（川口春奈飾）就讀于私立不動高中，二人同為偵探部成員。七瀨在品學兼優的同時暗藏對金田一的微妙情愫，而后者則以獵奇案件為解謎契機，在青春期日常中展開推理冒險。當七瀨被電影導演藏澤明之孫藏澤光（神木隆之介飾）邀入電影部參與拍攝時，劇組接連發生以影視道具為兇器的獵奇命案。搜查一課警部劍持勇（山口智充飾）攜新晉刑警介入調查，金田一通過分析兇器軌跡與不在場證明漏洞鎖定真兇。案件告破后電影部解散，原成員并入偵探部壯大隊伍。此后以校園祭、游泳部集訓等場景為舞臺，金田一持續遭遇經精密設計的連環殺人謎題，在揭露真相過程中逐漸形成"誘餌作戰"等標志性破案手法。本片根據天樹征丸原作漫畫改編，通過單元劇形式展現經典暴風雪山莊模式與不可能犯罪類型案件。