这部电影改编自江户川乱步的明智小五郎系列侦探短篇作品《D坂杀人事件》和《心理测验》。故事发生在1927年的日本，当时正处于金融危机之中。东京市本乡区团子坂的旧书店粹古洞女老板须永时子被杀害。警局请来前警官、现为私家侦探的明智小五郎协助调查此案。主要嫌疑人是粹古洞的员工斋藤勇和赝品画家蕗屋清一郎。为验证两人的证词，明智对他们进行心理实验，最终发现真凶是蕗屋，并通过巧妙的盘问迫使他招供。
十五年前，蕗屋只有十五岁，就协助父亲平田东一参与了当时轰动一时的大型古董艺术品诈骗案“壶中庵事件”。出狱后，他表面上从事古董艺术品修复，实际上仍在制造赝品。须永时子委托他伪造已故画家大江春泥的传奇作品《不知火》，但因为欺骗顾客而遭到顾客的报复，从而杀害了须永时子。明智最终通过心理实验发现了真相，揭开了案件的谜团。