狡猾的大盗二十面相被捕入狱，竟然在狱中发出声明，自己改名为“四十面相”，还扬言要揭开黄金骷髅宝藏的秘密，盗取价值连城的金块。为防止怪盗越狱，监狱警卫们严加看守，不想四十面相在众目睽睽中成功逃脱，并秘密接近收藏黄金骷髅的黑井教授。黑井教授家的地下室，竟出现了三具镀金骸骨开会的场景，其中有怎样的玄机？机智的少年侦探小林芳雄，能先人一步破解黄金骷髅的密码，并挫败四十面相的阴谋吗？
“透明怪人案件”被侦破后，经过大侦探明智小五郎的辨认，主犯就是二十面相。警方为了进一步调查取证，在进行了一番审讯以后，将二十面相，暂且作为犯罪嫌疑人，直接关押在东都警视厅拘留所的单人牢房里。
说起二十面相，迄今为止，他已多次越狱逃跑，长时间逍遥法外。
为防二十面相故伎重施，这一次，拘留所也特别留心，选择了一间最便于监视的，戒备森严的单人牢房。除了一般的监视以外，看守狱警每班的人数，从一个，增加到两个，昼夜不停地在他的单人牢房前，轮流站岗放哨，以加强监视。
“透明怪人案件”轰动扶桑市朝野。虽然此案侦破后，尚留有不少疑点，可令人高兴的是，主犯二十面相已被捉拿归案。
