偵探明智小五郎（天知茂飾）受托調查古董商山田三藏持有的神秘時計，該裝置關聯二十年前實業家佐伯虎之助失蹤案。在調查過程中，時計持有人接連遭遇意外，古董店爆炸事件中出現的神秘女子（結城忍飾）與自稱虎之助私生女的少女（五十嵐惠飾）相繼卷入謎團。隨著追查深入，眾人發現時計暗藏機械密碼機關，指向郊外廢棄鐘樓的地下密室。多方勢力圍繞遺產繼承權展開爭奪，小五郎通過分析齒輪紋路破解密碼，在鐘樓頂樓揭穿冒充虎之助的商人真面目，最終將其與時計裝置一同墜入深淵。案件終結后，兩位女性角色選擇各自道路，時計機關秘密隨核心反派的覆滅而永久塵封。