古畑任三郎（田村正和 饰）是警署里一个特立独行的存在：一头卷曲及肩的长发，常年不变的黑色西装，看起来文弱得几乎手无缚鸡之力。他总是以优雅却略显懒散的姿态出现，说话不紧不慢；相比之下，身旁大声咋呼、时常脱线的助手今泉（西村雅彦 饰）更显得格格不入。对古畑而言，手枪从来不是办案的工具，真正让他屡破奇案的，是那颗缜密而清醒的头脑。
在许多人，尤其是嫌疑人眼中，古畑不过是一名温和斯文、甚至有些狡黠的警探。可一旦因他的外表而掉以轻心，便会在不知不觉间陷入他精心布下的推理圈套。无论是因感情纠葛杀死情人的人气女漫画家（中森明菜 饰），孤注一掷的“灵能力者”（石黑贤 饰），还是因为憎恨贪婪的经理人而行凶的时代剧演员（小林稔侍 饰），不论犯罪手法多么周密、犯人多么自负聪明，最终都难逃在古畑面前露出破绽。
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