【序幕】叙述者凝视着眼前濒死之人，轻声告别：“再见，天内晴麻。”
冬日，青崎高中高一女生山内絵美独自来到美术馆，步入专门展出 Mona Lisa 复制品的特别展示室。展室大门敞开，光线昏暗，暖气却开得极足。房间中央围着 1 米高的环形栏杆，画架上只挂着一个空画框，Mona Lisa 不翼而飞。下午，天内晴麻和冷堂紅葉闲聊起 8 年前的悬案，冷堂父亲死于废弃建筑的地下密室，案发地旧址如今建起了 Nouvelle Vague 酒店。同学網船打来电话，说美术馆里的 Mona Lisa 不见了。晴麻和冷堂匆匆赶到美术馆，进馆时险些被地上一台 30 厘米高的扫地机器人绊倒。休息室里，馆长正怒气冲冲地指责山内絵美偷画，研究员蛇尾、秘书美玲也在旁边。美玲证实，中午 12 点她和蛇尾确认过画作完好，1 点时山内进入展室，下午 3 点便发现画作失窃。展室唯一的出入口装有监控，期间除了山内，没有其他人进出。画框正上方天花板装有空调，温度能用手机软件远程调节，系统也会留下操作记录。冷堂注意到，展厅中央画架上的夹纸式相框缝隙很宽。美玲解释说，这种相框靠角落的旋钮从下方夹紧画纸，现在旋钮是松开的。地板擦得一尘不染，晴麻却在地上发现一小块指甲盖大小的棕色纸屑。众人来到走廊端详天花板壁画，網船趁机科普画法差异，冷堂由此联想到 Mona Lisa 仅靠色彩渐变晕染的“晕涂法”，看穿了名画消失的把戏。她向山内求证，得知对方 1 点进入展室时“房间热得让人出汗”。冷堂悄悄把推理过程告诉了晴麻，但嫌疑人蛇尾已经离开，准备去销毁关键证据。为了人赃并获，晴麻吻上冷堂的双唇，发动了冷堂能让时间倒流的异能。
时间回溯到下午 4:30，晴麻当众指认蛇尾就是真凶。蛇尾慌忙拿出中午 12 点拍下的照片，照片里的画作完好无损。晴麻当场揭穿了整套手法。蛇尾承认因无法忍受馆长的职场霸凌，才故意恶作剧。猿場馆长向山内赔礼道歉，当场开除了蛇尾。
12 月 19 日傍晚 6 时，女刑警湯之宮灯呂未带配枪，与黑道“呉院组”少主 Calvin 的女仆 Sora 在一家二楼的家庭餐厅用餐。两人偶遇了曾在学园祭上结识的女高中生芦原、宮川。聊天时，芦原突然脸色大变，声称看到熟人，随后又自认看错。将近 8 时，餐厅西侧面向人行天桥的玻璃窗突然巨响碎裂，接着传来五声枪响，店内照明灯逐一碎裂。灯呂在视线死角的靠窗座位上，发现一名男子胸部中枪身亡，面朝破裂的窗户，倒在地上。警方现场勘查，提取到五枚手枪子弹。灯呂暗自推演：手枪射程有限，天桥上挤满围观群众却无人恐慌，由此可以排除室外狙击的可能。宮川提到，案发时听到的枪声刚好也是五声。灯呂察觉到矛盾：打碎玻璃的第一击并无枪声，这意味着加上伴随枪响的五发子弹，案发过程总共开了六枪。然而现场只找到五枚子弹，凭空少了一枚。芦原据此提出推理，灯呂决定调整侦查方向。
12 月 20 日正午，晴麻、冷堂抵达 Nouvelle Vague 度假酒店，调查八年前的一桩密室悬案。两人在大堂偶遇冷堂的朋友椿藍花。她也是异能力者，因家中琐事尴尬不愿回老家，临时决定与他们一同入住。大堂中央耸立着一个巨大的圆柱形水槽，上下贯穿十多个楼层。晴麻在人群中认出了水戸。水戸已脱离黑道，曾在学园祭参与绑架，拥有隔空打击的异能。水戸向他推荐了一位失语的女占卜师潮渡つばさ。潮渡头戴蕾丝头纱遮挡双眼，嘴贴胶带，只能靠手机机械语音交流。她询问了晴麻一行的房间楼层，准确暗示了晴麻的生日。晴麻前往前台打听地下室，一无所获，反而招来一名男子的敌意质问，对方身穿“Vivant”深蓝色衬衫。水戸随口提起看见冷堂进了混浴区，晴麻立刻反应过来，冷堂定是看错标识，误入了男女混浴区。冷堂误入 14 楼混浴温泉，所幸晴麻包下此地，拜托椿藍花前来解围。两人在池中坦诚交谈，冷堂叹息自己身体定格在过去，藍花则倾诉对完美妹妹的自卑与心结，冷堂温言劝慰。
当晚，晴麻在男士温泉偶遇一个名叫柄山羽道的古怪男子。他满怀敌意，指责晴麻整天带着女人四处闲逛，不务正业，还莫名其妙地训斥：“现在的年轻人只知道玩手机。既然整天盯着手机，有电话打来就该好好接！”晴麻回到客房，打开电视，惊讶地发现屏幕里正在进行答辩的现任农林水产大臣，竟是自己以前在赛马场结识的古怪女子叶茂。质询的矛头转向防卫大臣，议题涉及与 NASA 在太空领域的防卫技术合作、宇宙防卫预算。体态肥胖的防卫大臣面对连番发难，显得手足无措，全靠身旁一名西装男递送资料，耳语提示，才勉强应付过去。晴麻觉得这名西装男十分眼熟。关掉电视后，晴麻去和室拿充电线，意外发现两张原本分开的被褥拼在了一起。冷堂见心思败露，开始语无伦次地疯狂狡辩。晚餐时分，曾混迹黑道的水戸展现出极不相称的优雅，用餐礼仪、刀叉拿法都十分考究，占卜师潮渡则摘下了嘴上的胶带，正与那名身穿深蓝色衬衫的男子同桌用餐，对方似乎在不停地对她低语。深夜，冷堂与椿藍花对饮大醉，化身“接吻狂魔”强吻藍花。晴麻因异能是“被亲吻就会时间倒流”而不敢阻拦，只能看着她沉沉睡去。晴麻试图将同样醉倒的藍花抱到沙发上，不料藍花在半梦半醒间睁开眼，潜意识中“排斥一切外敌”的绝对防御异能瞬间触发，直接将晴麻弹开。藍花清醒后，借着酒劲好奇追问晴麻当年是和谁接吻才发现异能的。这个问题直戳晴麻痛处，房间陷入死一般的沉默。次日清晨，大堂里传来惊呼。众人发现，椿藍花头朝下倒悬在巨大的水槽中，已经溺水身亡。
警部补千雪紺封锁现场，经湯之宮电话嘱托，同意与晴麻共享情报。众人勘查 14 楼水槽点检室，发现中央圆孔周围设有齐胸高的护栏，排除了自杀与意外的可能。晴麻、冷堂深知，椿藍花拥有“排斥一切外敌与伤害”的绝对防御异能。犯人绝不可能在不留外伤的情况下，触碰或攻击清醒状态下的她，更不可能将她推入水中。午餐时，潮渡诡异地凑上前来，用机械音表示哀悼，还特意询问晴麻住在几楼（4 楼），死者椿藍花住在几楼（13 楼）。昨晚晴麻试图搬动醉酒的藍花，直到她睁开眼睛的瞬间，自己才遭弹飞。这说明目标一旦失去意识（如入睡），异能便会失效。而冷堂强吻藍花却未遭排斥，则说明异能对放下戒心的人不起作用。此外，藍花没有出现在 13 楼自己房间外的监控中，说明她昨晚离开 4 楼后，回房前便已遇害。昨晚水戸与藍花相处融洽，还曾坐到藍花腿上，表明藍花的异能不排斥特定对象。晴麻询问水戸昨晚饭后的行踪，水戸声称饭后洗了澡，在 5 楼游乐室同陌生大叔打台球，直到犯困才回房。晴麻决定稍后排查监控，核实其不在场证明。晴麻联想到秋季事件中，曾有犯人试图用爆炸引发火灾来消耗氧气，突然想到了酒店内能让藍花失去意识的特定场所。他冲出房间，致电湯之宮核实线索。湯之宮提到了女高中生芦原的消息，还有昨日餐厅的枪击案。晴麻突遭背后电击枪袭击，失去意识，瘫倒在地。冷堂出门寻找迟迟未归的晴麻，发现 4 楼厨房无锁孔的大型冷冻库防热门卡住。柄山羽道切断电源，数十分钟后大门解冻松动。冷堂冲进积水满地的冷冻库，发现晴麻已无呼吸心跳，崩溃恸哭。
下午 3 点，湯之宮灯呂抵达酒店，向千雪证实，昨天死在餐厅里的人正是酒店经理。湯之宮逐一盘问四名脱离监控的嫌疑人。水戸自称当时在打台球。柄山态度强硬，拒绝配合。猪路忍敌意极深，只承认凌晨 1 点去过大浴场，清洗弄脏的衬衫。潮渡声称当时在室外看书，虽有人目击他凌晨 0 点走出混浴区，他却主动提起尚未公开的经理遇害案，还打听晴麻的推理，这番反常举动立刻引起了湯之宮的警觉。湯之宮来到西侧的老旧电梯，拔下主板线缆，证实了急停断电机制，安排鉴识科仔细勘查电梯内部。他在冷冻库内侧出入口的低洼排水沟旁，发现距地面约 10 厘米的墙上贴着一个巴掌大的圆形漏水传感器。至此，密室诡计迎刃而解。当晚，冷堂重拾信心，向湯之宮宣告已解开所有谜团。
晚上 8 点，冷堂将猪路忍约至咖啡厅，指控他利用西侧电梯断电制造缺氧环境，杀害椿藍花。猪路见状掏出警察手册，亮明真实身份为公安刑警“有片忍”。千雪刚好推门进来，听到“有片”这个名字，神色骤然凝重。猪路见身份败露，出手极快，用枪柄将千雪打晕。他知道冷堂拥有不老不死之身，调转枪口，企图将她也击晕。水戸冲进来救人，猪路朝他连开两枪。子弹擦过水戸，击穿了后方承受着巨大水压的巨型玻璃水槽。水槽瞬间决堤，汹涌的洪流吞没了冷堂。晚上 8:05，湯之宮在停机坪上，指控潮渡为杀害晴麻的真凶。一架黑色直升机飞来接应潮渡，向屋顶垂下绳梯，机上的狙击手开枪压制湯之宮。千钧一发之际，柄山羽道骑着摩托车冲上屋顶，腾空跃出，抓住绳梯，拔枪击穿了狙击手的肩膀。直升机失控坠毁，撞穿了酒店 12 楼的墙壁。积蓄的大量水流从破口处喷涌而出，宛如瀑布。被洪水冲走的冷堂在 12 楼的废墟中醒来。她在直升机残骸旁遇到了换好衣服的柄山羽道。柄山撕下脸上杂乱的花白假胡须，卸去伪装，向冷堂坦白，自己就是天内晴麻的父亲——天内冬治。潮渡摔出直升机，在 8 楼休息区站起身。他撕掉嘴上的胶带，脱下女装，露出本来面目——男同学網船至。晴麻指出，这种装扮既能遮挡面部，又无需发声，堪称一石二鸟。網船正盘算着下一步的暗杀计划，身后却传来一阵嘲弄。他惊恐地回头，发现本该冻死的晴麻竟活了过来。網船这才意识到，天内晴麻也是一名“不死侦探”。
时间回到 7 小时前，晴麻在冷冻库中醒来，发现门口水龙头开着，地上积满水。他奋力推开因水压变得沉重的大门，迎面撞上冷堂。两人理清来龙去脉，得知是冷堂发现晴麻尸体后悲痛亲吻，奇迹般触发了时间倒流。晴麻是在无意识状态下冻死的，并未认识到自身死亡，恰好避开了异能的限制条件“无法在认识到自身死亡的情况下发动”，他因此成功复活。两人决定假死，联合湯之宮展开调查。根据传回的线索，晴麻顺利破解了这两起案件。
晴麻与卸下伪装的網船正面对峙。晴麻指出，自己当初遭电击昏迷的瞬间，清楚听到了網船脱口而出的那句“再见，天内晴麻”（序幕），由此锁定了他的真实声音。晴麻透露早在学园祭就怀疑網船，为此在美术馆案中故意抛出未公开线索“空调温度手机操作记录”。網船误以为晴麻拥有超自然情报搜集能力，果然中计，将其列为肃清目标。杀害藍花的凶手猪路忍逃到这里，嘲讽網船几句便继续逃窜。網船面对晴麻的质问，选择闭口不言。愤怒的水戸动身追赶猪路忍，晴麻则动身去追企图逃跑的網船。
12 楼废墟中，冷堂向冬治解释晴麻如何利用异能死里逃生。冬治得知儿子尚在人世，如释重负，瘫坐在地。他先前以为儿子遇害，悲愤交加之下，才骑着摩托车从屋顶冲向直升机。他抓住绳梯，开枪击伤枪手，导致直升机失控撞进酒店。两人交谈间，冷堂惊讶地发现，这位身手不凡的冬治居然认识自己的父亲冷堂青紫。窗外夜空再次传来轰鸣声，第二架黑色直升机正朝这边逼近。
湯之宮在 1 楼走廊拦截逃窜的猪路忍，却在对方压倒性的格斗实力面前毫无还手之力。水戸及时赶到，诱使猪路进入射程，发动隔空打击，将其重创，救下湯之宮，又与猪路展开激烈的肉搏战。晴麻在 9 楼玻璃走廊追上網船。千雪腿部受伤，一瘸一拐地赶来。窗外第二架直升机上，狙击手一枪贯穿她的头部，千雪当场身亡。直升机重火力疯狂扫射，将晴麻、網船压制在柱子后。網船面带苦笑，透露自己也成了上层灭口的目标。他提到自己房间里有遥控炸弹，但距离太远，派不上用场。绝境中，晴麻的手机突然震动。他想起在温泉时，父亲（伪装成柄山羽道）曾说了一句怪话：“有电话打来就该好好接”。晴麻当即按下接听键，向父亲求援。冷堂得知晴麻危在旦夕，便让冬治取出網船房间的炸弹背在身上。冬治发动摩托，冷堂跨上车座在屋顶加速冲出边缘，飞跃夜空，在直升机正上方按下起爆开关，实施了自杀式袭击。爆炸逼退了直升机。晴麻在 1 楼中庭找到了完好复活却一丝不挂的冷堂，急忙用衣服帮她遮挡。冷堂说决不允许他再次死在自己面前。
猪路忍最终逃脱，晴麻得知后心中深感自责。他来到中庭，找到父亲冬治与受制于人的網船。冬治踢开残破的雕像，露出下方的密室入口。这里是一处废弃的地下室，8 年前，冷堂青紫的尸体在此被人发现。
众人将網船安置在黑道“呉院组”宅邸，为冷堂举办生日派提示。一名刺客潜入派对，被刚回国的组长 Giorgio 拔枪击伤。Giorgio 得知打伤湯之宮的是有片忍，宣告要取其性命。晴麻也确认国会转播中的西装男正是伯永。夜幕降临，晴麻与冷堂回到公寓，暧昧气氛中冷堂将晴麻扑倒。门铃骤响，Calvin 的保镖三鷹奉命前来担任贴身护卫，三人开始了奇妙的同居生活。
【点评】三起密室质量一般，对“不老不死”、“绝对防御”等超自然设定的运用有一定新意。结尾交代了“不老不死”的天然限制，呼应系列前作。