少年侦探团成员相川泰二追踪神秘老人，误入红砖洋房，遭伪装成蛭田博士的怪盗二十面相设计掳走。博士利用催眠术操控泰二盗取其父的公司机密文件，还接连诱捕另外三名团员，将他们藏于石膏像中。名侦探明智小五郎与伪装成驼背侦探的二十面相展开较量，识破其多重伪装与密室机关，成功救出少年们。不甘失败的二十面相又以迷路女孩为诱饵掳走团员小泉信雄，要挟交出国宝雪舟山水画，且将十一名团员困于钟乳洞中。