40歳独身、アメリカ帰りの元キャリア・大澤絵里子（天海祐希）は、警視庁捜査一課に新設された「特別犯罪対策室」の室長に抜擢される。絵里子は将来を嘱望されたキャリアだったが、ある不祥事を起こして降格させられ、研修のためという名目でアメリカへ留学、5年ほどFBIなどで学び、帰国したばかりだった。 「特別犯罪対策室」の設置を主導したのは、絵里子の同期で参事官補佐の野立信次郎（竹野内豊）だ。野立は、警視庁に集まった記者に、「特別犯罪対策室」が科学捜査などの専門的捜査で凶悪犯罪に対応していくチームであることを説明した。 再び刑事として勤められることに喜びを感じつつ、絵里子は「特別犯罪対策室」に配属されることになった刑事たちと対面する。だが、エリートの集まりだと聞いていたそのメンバーは、朝起きられないために科捜研から放り出された木元真実（戸田恵梨香）、組織に属することに嫌気がさしている片桐琢磨（玉山鉄二）、生活安全課からやってきた警視庁一のうっかり者という異名を持つ男・山村啓輔（温水洋一）、やる気だけは人一倍ある新人刑事・花形一平（溝端淳平）、暴力事件を起こして組織対策課を追い出された岩井善治（ケンドーコバヤシ）と、お世辞にも精鋭とは呼べないような刑事たちだった。
「特別犯罪対策室」の大澤絵里子（天海祐希）は、部下の花形一平（溝端淳平）から犯罪系のサイトに、人を殺したと書き込む人物がいると聞く。この人物は、自ら“神”と名乗り、殺害したとする3人の女性の名前、現場の住所、遺体写真まで公開しているが、その中に、通報があったばかりの女子大生刺殺の情報もあった。別の2件も実在の事件であり、しかも、その“神”が警察発表より前に死亡した場所や状況などを書き込んでいることから、絵里子は連続殺人を疑う。 絵里子は片桐琢磨（玉山鉄二）、山村啓輔（温水洋一）、花形、岩井善治（ケンドーコバヤシ）に、別の2件の洗い直しを指示すると、木元真実（戸田恵梨香）を連れて女子大生の遺体発見現場へと向かった。 捜査員から、女子大生は心臓をひと突きにされ死亡したと聞いた絵里子は手慣れた者の犯行だと想像。しかし、真実は凶器の角度から、被害者が自分で刺したとしか思えないと言う。
大澤絵里子（天海祐希）は、女性誌『エピソード』の読者モデルが連続して暴行された事件を担当する。野立信次郎（竹野内豊）は、新たな被害者を出さないため、ほかのモデルに刑事を付けて警戒していると言う。が、そんな矢先、再び事件が起きてしまう。 3人目の被害者・樋口ゆかり（酒井若菜）は重傷ではないが、精神的なショックを受けていた。状況を察した絵里子は、警護のため木元真実（戸田恵梨香）を病室に残す。絵里子は、片桐琢磨（玉山鉄二）、花形一平（溝端淳平）、岩井善治（ケンドーコバヤシ）、山村啓輔（温水洋一）ら、「特別犯罪対策室」の刑事に事件の経緯を説明する。3人の被害者はナイフで脅され、手錠と猿ぐつわをはめられ暴行された。現場には、手錠などの遺留品が残されていたが指紋は検出されなかった。そんな中、野立が三上という男の情報を持ってくる。三上はモデルたちの行きつけの店の店員で、素行も悪く覚せい剤での逮捕歴もあるという。 ところが後日、三上の死体が発見される。現場に向かった絵里子は、鑑識から三上が自殺した可能性が高いと聞かされる。事実、発見現場には遺書らしきメモと死因となった塩化カリウムを打った注射器が残されていた。対策室に戻った絵里子は、事件は落着したと安堵する刑事たちに、三上は他殺だと言い放つ。科捜研の奈良橋玲子（吉瀬美智子）も、三上が手足を縛られた上、薬剤を注射され死亡したとの見解を示す。絵里子は、第１の犯行と、第２、第3犯行における相違点を指摘し、別の暴行犯の存在を推測する。
絵里子（天海祐希）らは、特別犯罪対策室のPRのため、防犯イベントで劇をすることに。だが、真実（戸田恵梨香）が途中で放棄し、絵里子は激怒。翌日、真実から出社拒否のメールが届く。そんな中、拳銃による連続殺人事件が発生。絵里子は現場に残されたメッセージから、怨恨による殺人でまた事件が起こると考える。
絵里子（天海祐希）らは映像から割り出した真実（戸田恵梨香）の監禁場所へ向かうが、“5”と表示されたパソコンだけが残され、真実は見つからない。犯人は別の場所で監禁している真実の映像をネットで中継し、警察に5億円を要求。絵里子は、配信される映像から、犯人が真実を窒息死させようとしていることに気付く。
絵里子（天海祐希）らは、高校教師殺害事件を担当することに。現場の高校を訪れた絵里子は、死体の周辺にDNA鑑定ができないよう漂白剤がまかれていたことなどから、頭の切れる犯人像を推測する。そんな中、被害者が学校一の秀才・由貴（志田未来）と交際していたという証言を入手し、由貴に話を聞く。
カメラマン・安田の溺死体が浴室で見つかる。風邪薬と酒を飲んだ形跡があり、警察は事故死と判断。だが、多くの芸能人のスクープ写真を撮影していた安田の死に、マスコミが騒ぎ出し、絵里子（天海祐希）らが再捜査することに。絵里子は安田の部屋にある写真をチェックし、ある期間だけ写真がないことに気付く。
指名手配中の容疑者が、絵里子（天海祐希）らに追われている最中、何者かに射殺される。直後、片桐（玉山鉄二）に犯人から次の殺人を予告する電話が入る。その後、捜査をしていた小野田（塩見三省）の部下・川野（長谷川博己）が銃弾を受ける。その場に片桐がいたことを知った絵里子は、野立（竹野内豊）に片桐の過去を聞く。
アパートの部屋から20カ所以上刺された男性の遺体が見つかる。犯行の残虐さの反面、証拠を隠滅する冷静さから、絵里子（天海祐希）は、複数犯と推測。その後、再び同様の手口で殺人事件が発生。捜査から、被害者は自分の子供を虐待していたことが判明。絵里子は虐待問題に詳しい大学教授・西名（生瀬勝久）を訪れる。
絵里子（天海祐希）らは、野立（竹野内豊）の指示で、下着泥棒の捜査など生活安全課の業務を手伝うことに。絵里子は、野立が担当する警視総監・大山（津川雅彦）の警護に当たろうとするが、野立に取り合ってもらえずいら立つ。そんな中、ゴミ箱などを爆破する連続事件が発生。現場の物証から、絵里子の指紋が見つかる。
絵里子（天海祐希）は反政府組織「黒い月」の高倉（反町隆史）に誘拐された大山警視総監（津川雅彦）と野立（竹野内豊）の救出に当たる。だが絵里子は、裏金横領事件にかかわった野立が黒い月の一員と推理し、内密に屋田参事官（相島一之）に協力を依頼。そんな中、高倉から連絡が入り、絵里子が交渉役に指名される。
警視庁特別犯罪対策室の絵里子（天海祐希）らが事件を追う。対策室が解散し、渡米しようとしていた絵里子に、野立（竹野内豊）から電話が入る。テロ集団“黒い月”が国家公安委員長・黒原（西田敏行）を狙撃すると犯行声明を出したという。対策室のメンバーは事件解決に奔走するが、黒原は狙撃され、対策室は再び解散を言い渡される。2年後、野立はある重要事件解決のため、対策室を復活させる。
コミュニケーション・サイト“ツブヤイター”に、対策室メンバーと野立（竹野内 豊）に対する殺人予告が書き込まれた。絵里子（天海祐希）は、犯人像を自分の熱狂的なストーカーだと想定し、捜査を行うが、犯人の足取りはまったくつかめない。そんな中、犯人から届いたメールには、拳銃で撃たれ、けがを負った真実（戸田恵梨香）の姿が映し出されていた。
“死の腕”を名乗る4件の連続殺人の容疑者が逮捕された。取り調べを見ていた絵里子（天海祐希）は、容疑者の自供に違和感を覚え、4件目は別人による犯行だと推理。4人目の被害者である出版社社長の周辺を捜査する。すると、同じ出版社の編集長・小堀（野間口徹）が捜査線上に浮上。小堀は広告会社との癒着や横領のうわさが絶えずあった。
暴飲暴食がたたり倒れた絵里子（天海祐希）に野立（竹野内豊）は休養を命じる。絵里子不在の中、連続殺人事件が発生。被害者たちが偽造免許証を所持していたため、対策室のメンバーは被害者の身元を特定できずにいた。そんな中、山村（温水洋一）がATMに被害者の顔写真が貼られているのを偶然発見。被害者たちは振り込め詐欺グループのメンバーだった。
3人の主婦が相次いで行方不明に。3人とも失踪する理由が見当たらず、事件だと判断した絵里子（天海祐希）は捜査を開始する。捜査線上に浮かび上がってきたのは、二人目の被害者の友人である香苗（松下由樹）。香苗は、主婦たちから絶大な人気を誇るカリスマブロガーだった。香苗の元を訪れた絵里子は、香苗の冷静な対応に違和感を覚える。
銀行強盗が人質を取り立てこもる事件が発生。偶然居合わせた幸子（長谷川京子）も人質に。交渉を任された絵里子（天海祐希）は、犯人とのアプローチを試みるが思うようにいかない。そんな中、銃声とともに人質たちが建物外に飛び出してくる。犯人確保のため、絵里子らは銀行内に突入するが、犯人の姿はなく、銃殺された人質の遺体が残されていた。
警視庁で都民との交流イベントの開催中、参加者の一人・小暮（田中圭）が取調室に居座った。小暮は、絵里子（天海祐希）らに「1時間以内に僕が誰か思い出してください」と要求。そして、遠隔操作でバス停にガスを散布させて見せ、思い出さなければもっと大きな化学テロを起こすと脅す。絵里子らは小暮から出されたヒントを基に、男の正体を探る。
絵里子（天海祐希）が鑑識課の石川（谷原章介）とお見合いをすることに。イケメンを目の前にして浮かれ気分の絵里子だったが、女性の変死体が発見されたという連絡が入る。現場で、遺体を覆う花びらや額に血で押された母印などを見た絵里子は、5年前に起きた未解決連続殺人犯の“エンジェルキラー”と犯行の手口が酷似していることに気付く。
夫婦殺害事件が発生した。事件翌日、被害者夫婦の娘・愛海が現場近くの公園で発見されるがショックで話ができない。犯人が再び標的にする可能性が高いと判断した絵里子（天海祐希）は、岩井（ケンドーコバヤシ）に愛海の警護を指示。そんな中、殺害方法からプロの犯行だと断定した絵里子らが入国リストを調べると、元よう兵の真崎（坂口憲ニ）が浮上する。
真実（戸田恵梨香）が対策室に復帰。絵里子（天海祐希）の指示で、2年前に黒原（西田敏行）が狙撃された事件の捜査を一人でしていた真実は、狙撃事件の犯人と目されるテロリストグループ“黒い月”の幹部が、次々と殺されていることに気付く。そんな中、2体の爆死体が見つかり、“黒い月”との関連性が強いと推測した対策室のメンバーは捜査に乗り出す。
世界環境サミット直前に、絵里子（天海祐希）たちは身に覚えのない容疑でそれぞれ逮捕されてしまう。野立（竹野内豊）は、サミットの警備を担当する対策室への妨害だと刑事部長・丹波（光石研）に訴えるが相手にされない。さらに、野立も参事官室を捜索され、2年前の狙撃事件に関する機密文書が入ったディスクを押収されてしまう。
