フリーターの時多駿太郎（松本潤）は、高級ホテルで人妻の美香（松本若菜）との情事にふけっていた。帰り道ふいに肩を叩かれた駿太郎が振り返ると、男が美香の落としたスカーフを差し出してきた。駿太郎は、男に礼を言うとそれを美香に届けに走る。 数日後、駿太郎は突然美香に別れを告げられる。夫が探偵を雇い、ホテルでの密会写真を撮られたからだと言う。そんな時、駿太郎はホテルでスカーフを差し出した男に再会する。駿太郎は、男を追いかけ、「お前は探偵か！」と問い詰め、殴りかかるが男はそれをかわし逃げた。 「北品川ラッキー探偵社」の事務所に、息を切らしたその男が入ってきた。男の名は新田輝（瑛太）。そこには駿太郎の調査をしていた旭淳平（大泉洋）、水野飛鳥（仲里依紗）と、筑紫昌義（角野卓造）、事務員の茅野メイ（入来茉里）がいた。そして、筑紫が会議を始めようと言ったとき、飛鳥が新田の後ろを指差した。そこには、駿太郎が立っていた。事務所は大騒動となるなか、社長の藤崎瞳子（松嶋菜々子）が出てきた。駿太郎を見た瞳子はやがて、うちで働かないか、と言った。突然のスカウトに、駿太郎も探偵たちも唖然とするが、結局、探偵として雇われることになった。 駿太郎の最初の仕事は、探偵社の広告が入ったポケットティッシュ配りだった。淳平は大事な仕事だと言うが、駿太郎は面白くない。そんな折、松浦茉菜（緑友利恵）が兄を捜してほしいと事務所にやってきた。茉菜の兄の松浦拓巳（水橋研二）は元消防士で現場の指揮官だったが、事故で隊員が亡くなったことに責任を感じ、失踪したと言う。 その後、駿太郎たちは松浦が現れるという場所を見張り続けた。5日後、松浦の姿をとらえたが、松浦の顔は殴られたような跡があり傷だらけだった。松浦が入っていった古びた倉庫の中を新田が覗くと、そこには鉄骨のリングがあり男が殴り合い、周囲には盛り上がる観客がいた。新田は、デジカメを取り出しその様子を動画で撮影し始める。 後日、探偵社では、新田の撮った動画の分析をしていた。そして、瞳子の一言で倉庫への潜入捜査をすることになった。

北品川ラッキー探偵社に、ステラバイオ社という企業から研究員の素行調査の依頼が舞い込んだ。探偵となった時多駿太郎（松本潤）は、ステラバイオ社に新田輝（瑛太）が潜入捜査に入ると聞く。ある有名大学の理学部の出身ということで、藤崎瞳子（松嶋菜々子）が新田を指名したが、新田が運動神経のよさに加え、頭脳も明晰だと知った駿太郎は面白くない。 2週間後、新田はステラバイオ社に「井上」と名乗って潜入。研究員の佐々岡（リリー・フランキー）の素行を調査するが、佐々岡は天才とされる反面、協調性のかけらもない変わり者で周囲も扱いに困っていた。その数日後、佐々岡は新田に書類を手渡し、明日までにまとめておくよう命じると研究所を後にした。周囲の研究者によれば、それは佐々岡が新人に課す通過儀礼だが、ひとりでまとめられる量ではないので、明日謝ってしまうのが得策だと言う。 新田は、外で駿太郎とともに待機中の水野飛鳥（仲里依紗）に佐々岡が研究所を出たことを伝える。それを受けた駿太郎と飛鳥が佐々岡を尾行すると、やがて、繁華街にある高級クラブに入っていった。佐々岡はそこでひとりの男と会うと、なにやら込み入った話をはじめる。そんなふたりの様子を、ライター型のカメラで盗撮している人物がいた。ホステスに扮装した飛鳥だった。 翌日、探偵社の事務所に駿太郎、新田、旭淳平（大泉洋）、飛鳥、茅野メイ（入来茉里）らが集まり佐々岡の件についての調査報告が行われていた。佐々岡がクラブで会っていたのはライバル会社の人事部の男らしいが、さらに詳しく事情を探るため、筑紫昌義（角野卓造）は、駿太郎に佐々岡の妻の美紀（鮎ゆうき）に接触するよう命じる。早速、駿太郎と飛鳥は新婚夫婦を装い美紀に声をかけると・・・。

ラッキー探偵社に、結婚を約束している相手を調査してほしいと箕輪（東根作寿英）という男性がやってきた。調査対象は水沢紗己子（紺野まひる）、母親が病気だという彼女に金を渡したため、箕輪の母が詐欺を疑っていると言う。その金が500万円と高額なことに、時多駿太郎（松本潤）は驚く。筑紫昌義（角野卓造）は、新田輝（瑛太）と旭淳平（大泉洋）に紗己子が通う料理教室へ、水野飛鳥（仲里依紗）には紗己子のマンションへ向かうよう指示。駿太郎には、事務所が世話を請け負う犬のチエミの散歩が命じられた。 新田と淳平が潜入した料理教室で、紗己子は男性と親しげにしていた。生徒たちによると、紗己子はいつも違う男性を連れて来るのだと言う。一方、飛鳥の調査で、紗己子は箕輪に話していたマンションに住んでいないこともわかった。 その頃、チエミを連れた駿太郎は、弥生（畠山紬）という少女と出会う。すぐに自分に懐いたチエミを弥生は離そうとせず、「岡本」と表札の出たアパートに連れて入ってしまう。 翌日、駿太郎は岡本家を訪ねた。ドアを開けたのは紗己子で、弥生は留守だと言う。紗己子の顔を知らない駿太郎は、招かれるまま部屋に上がり込む。 その後、駿太郎はチエミと弥生を連れて事務所に戻った。弥生を見た茅野メイ（入来茉里）は、隠し子かと聞き、事務所は騒動となる。そこへ、藤崎瞳子（松嶋菜々子）が現れた。今回の案件資料を眺める瞳子。駿太郎は、そこに貼られた紗己子の写真に驚愕し・・・。

時多駿太郎（松本潤）は、最近、探偵社に姿を見せない新田輝（瑛太）が、ある料亭の女将の浮気調査中だと聞く。依頼主は林原（正名僕蔵）という男性で、林原の愛人である女将を調べてほしいとのこと。愛人の浮気調査という依頼に、旭淳平（大泉洋）や水野飛鳥（仲里依紗）はしらけてしまう。 新田は料亭正面のアパート2階の部屋を借り、女将が送り出す客を見張っていた。そこへ、駿太郎が差し入れと週刊誌を持ってくる。その表紙には、警察幹部の収賄事件についての見出しがあった。 同じ頃、桐原由貴（吹石一恵）と後藤将司（金田明夫）は、警視庁幹部の峰永宅で盗聴器を見つけた。憔悴しきった様子の峰永（近江谷太朗）の傍には、あの週刊誌があった。そこに載った峰永と男が写る写真は、新田が撮ったものだった。 そんな折、何気なく週刊誌をめくった駿太郎は、新田が撮った写真に気づく。そこには、峰永が企業から受け取った裏金についての記事があった。浮気調査中に撮った写真がなぜ雑誌に載っているのか、新田が雑誌社に売ったのか。探偵たちに緊張が走る中、探偵社のドアが開き、由貴と後藤が入って来た。新田に不法侵入の容疑がかかり、探偵社の差し押さえ令状が出ているという。そこへ、藤崎瞳子（松嶋菜々子）が戻ってくる。瞳子が事情説明を求めると、由貴は峰永宅から盗聴器が発見され、週刊誌の記事が盗聴した内容に一致することから、新田に不法侵入が疑われていると明かした。突然の出来事に駿太郎は・・・。

時多駿太郎（松本潤）の腕を振り払って新田輝（瑛太）が逃走した後、ラッキー探偵社には公安委員会からの呼び出しがかかった。聴聞会に藤崎瞳子（松嶋菜々子）が出席し、新田の件の事実確認が行われるという。その結果次第では、探偵社の営業停止もある、と筑紫昌義（角野卓造）は説明。旭淳平（大泉洋）は、探偵社が助かるためには新田の退職届を示し会社とは無関係だと主張することだと話し、水野飛鳥（仲里依紗）も賛同する。 探偵たちが暗いムードに包まれていると瞳子が来て、新田はうちの社員だから、と言って手にした退職届を破ってしまった。瞳子は、状況的には新田が犯人に見えるかもしれないが、何度考えても自分はそうは思えない。だから、この事件について自分たちなりの結論を出すために調べ直そう、と提案。駿太郎ら探偵たちも同意する。 早速、新田にかけられた2つの容疑、住居侵入と窃盗について洗い直しが始まるが、すぐに行き詰ってしまう。新田がここにいればすぐに説明がつくのに、という飛鳥に、駿太郎は新田の実家について聞いていたことを思い出す。そして、小さな手がかりをもとに、駿太郎は新田の実家と思われる豪邸の前にやってきた。インターホンを押すと家政婦が出て、新田とこの家はもう関係がないと主人が話していると言って、インターホンを切ってしまう。駿太郎が再度インターホンを押すと、後ろで女性の声がした。振り向くと、そこには新田の姉・真須子（西山繭子）が立っていた。

ラッキー探偵社に無言電話がかかってきた。それを取った時多駿太郎（松本潤）は、気配から、かけてきたのは男だろうと言った。その後、探偵社には、注文していないのに寿司やうどん、ピザなどのデリバリーが続々と届いた。 そんな折、駿太郎に、早退していた水野飛鳥（仲里依紗）から電話が入る。大至急だと呼び出された場所はテレビ局だった。そこでは「私立探偵 真壁★リュウ」のイベントが行われていて、真壁の大ファンの息子・翔太（後藤奏佑人）とともに駿太郎の弟・孝次郎（小山慶一郎）も来場していた。そこへ現れた飛鳥は、駿太郎の腕を取り数組のカップルがいる待機場所へとやって来る。駿太郎と夫婦に扮してクイズ番組に出場するのだという。 同じ頃、筑紫昌義（角野卓造）は、機材庫に閉じ込められていた。しかも、探偵社に誰もいないため、狭い倉庫のなかで四苦八苦するしかなかった。 一方の駿太郎は、テレビ局の廊下で真壁役を演じる祐希守（谷原章介）を見つけ声をかける。自分が探偵だと打ち明けた駿太郎に、祐希は自分を脅迫している相手を見つけ出してほしいと頼んだ。 飛鳥は、戻って来ない駿太郎にしびれを切らし、旭淳平（大泉洋）を呼び出そうと電話をかけた。しかし淳平は、早く探偵社に戻ったほうがいい予感がすると言ってそれを断る。その頃、筑紫はまだ機材庫のなかにいたが、探偵社にはなんと男の侵入者がいた。 その頃、駿太郎は、イベントに出たくないと駄々をこねる祐希を説得し・・・。