キャバクラ「クリスティ」№１ホステスの甘城久美（水谷妃里）と№２ホステスの桜井響子（三津谷葉子）はロッカールームで取っ組み合いのケンカを始める。久美は自分の上客である米花大学理学部数学科の准教授、峰正人（田中要次）に色目を使うなと響子に忠告する。久美は他のキャバ嬢たちにも同様に釘を刺し、安藤和代（松山愛里）を見据えて妖しく微笑む。店の営業が始まり、久美は峰を接客する。毛利小五郎（陣内孝則）は好意を寄せる久美を独占されている事に不満を抱きながらも、響子の接客にデレデレになる。
そんな小五郞に隣りの席から軽蔑の眼差しを向ける謎の男性。それは変装した工藤新一（溝端淳平）と毛利蘭（忽那汐里）だった。新一と蘭は、高木渉刑事（土屋裕一）に付き添ってもらい、小五郞の浮気を調査していたのだ。高木が峰に気付くと、和代は嬉しそうに峰は、最近テレビに出演して有名になり、羽振りが良くなったと語る。
この後、キスキスダービーというゲームの時間になり、キャバ嬢20人がワインの入ったデキャンタを持って１列に並ぶ。挑戦者に選ばれた峰と小五郞は交互に端からキャバ嬢を選んでいき、その度にキスを受けてワインをグラスに注いでもらう。１回に選べるキャバ嬢は３人までで、20番目の久美を選んだ方が勝者。勝者は持っているワイングラスを久美に献上し、久美とキスをすることが出来るというルールだった。結局、峰がゲームに勝ってワイングラスを久美に手渡す。久美は手渡されたワインを飲み干し、峰にご褒美のキスをしようとする。だが、その途端に久美は苦しみだして絶命してしまう。
佐藤美和子刑事（上野なつひ）が捜査を開始し、16番目だった響子のデキャンタからトリカブトの成分が検出される。響子は誰かが持ってきたデキャンタを受け取っただけと身の潔白を主張する。新一は犯人が響子に疑いの目が向けられるようにした可能性もあると考える。実は、このゲームは16さえ取れば勝つ事が可能で、16番目のデキャンタに毒を仕込めば確実に久美を毒殺できるのだ。新一は、このゲームの必勝法を見抜くことが出来る数学が得意な人物が犯人だと推理する。小五郞は数学者の峰を犯人と疑うが、峰は久美を愛していたと訴え、ゲームの必勝法は数学者じゃなくても知っていると反論する。
小五郎は久美の取り巻きだった結衣から、一ヶ月前、久美と和代は同じゲームで対決し、峰から必勝法を聞いた久美が勝利してことを聞きだす。負けた和代は罰ゲームとしてカクテルを一気に飲み干して倒れたという。ずっと和代を指名していたが、有名になった途端に№１の久美に指名を替えた峰。小五郞は峰が和代の事を邪魔になって殺害しようとしたと考える。さらに、峰は金にしか興味のない事に腹を立てて久美も殺害したと推理。新一は、殺人方程式の謎を解き、たった１つの真実に辿り着くことが出来るのか？
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