價值連城的皇冠寶石和整個博物館里的國寶，先后被洗劫一空，這是聞名東京的大盜二十面相干下的。二十面相是個化妝高手，可以隨心所欲地易容變裝。他膽大心細，總是用高明的手段竊取藝術品，往往在作案前先寫信警告物主，宣布將要下手的時間。 少年偵探小林芳雄深入虎穴，不幸身陷囹圄。幸虧信鴿報警，才得以脫身。后來，小伙伴們成立少年偵探團，協助警方偵查。在二十面相掙脫警方的繩索溜之大吉的緊急關頭，少年偵探英勇機智，齊心協力，使罪犯束手就擒。