二十面相の駆使する怪物かぶと虫によってさらわれた少年探偵団の四少年は、焼跡の廃工場の地下室に閉じこめられてしまった。中村捜査課長指揮する警視庁捜査陣は全都に非常線を張ったがかぶと虫の行方は判らない。必死の捜査を尻目に、二十面相は巧みな扮装で出没自在、明智探偵の死を図ったり、相川原子力委員長を脅迫したりした。一方廃工場に幽閉された四少年のうち小林少年のみは辛うじて脱出に成功、これを知った二十面相は明智探偵、警視庁の先手を打って反撃に出た。二十面相の操作するレーダーによって出撃したかぶと虫戦車は残った少年探偵団員及び吉川博士とその娘芳江を襲い、全員をその本拠鉄塔王国に連れ去った。地団駄踏む明智探偵。この時第八チャンネルのテレビに映し出されたのは足枷をはめられて苦役する少年探偵団員たちと猿轡をかまされた芳江の傍で原子力研究のペンを握る吉川博士の苦悩に満ちた姿であった。二十面相は博士を脅迫し研究の成果を某国に売ろうとしているのだ。明智探偵と二十面相は設計図を中に対決したが、二十面相は三日以内に必ず設計図を奪うと明言して去った。その車のトランクに単身小林少年は身を潜ませ敵の本拠に乗り込んで行った。少年たちの命危し！最早一刻の猶予もならぬ。明智探偵の決断により、彼をはじめ警官隊はかねてより狙いをつけていた中部山岳地帯へ急行した。山また山の間に忽然と現われた大鉄塔。殺到する警官隊、応戦するかぶと虫。最後のあがき二十面相は小林少年を鉄塔に吊した。ヘリコプターで救助に向かった明智探偵と二十面相の塔上の組打ち、だが死闘の末、足を踏み外した二十面相は遂に千仭の谷底に落下して行った。