这是一九三七年的早春，在苏州，国民党政府处决了江苏省政府副主席赵国章，赵国章因为挪用政府十五万美金被判处死刑。监斩官叫赵国章留下遗言，赵国章在临死前已经不省人事了，但是他念念有词地说出了一个女人的名字，这个女人的名字就叫李梦露。

李梦露从沪上最高的百老汇大饭店上掉下来死了。大批警察到达了现场，因为李梦露是上海滩最有名的大明星。著名侦探罗桑天到了现场，罗桑天分析了现场怀疑是他杀，因为李梦露的房间的门是虚掩着的，李梦露似乎是在等什么人。如果等人就不会是自杀。可是罗桑天的师傅，警察局局长谢汉明就现场发现的大量安眠药断定李梦露是自杀。

罗桑天根据李梦露家里的病历被盗和婴儿的衣服这些信息，要求立案，要求解剖李梦露的尸体。但是警察局长谢汉明拒绝了。罗桑天只好回头查李梦露的周边关系，罗桑天查到了李梦露住的百老汇大饭店的住客，发现了几个和李梦露有关系的人，第一个住在大饭店的叫施玉泉，是个报业大亨。第二个是报业大亨的妻子应桂玉，她也曾经包住过百老汇大饭店。第三个是著名电影演员凤人美。

记者胡蔚蔚和影迷朱泱。明星剧社的编导刘笑荣决定收下了这个叫汪莉莉的学员。同时有个叫何娟红的农村女孩子来报考明星剧社，也被明星剧社收留了，做勤杂工。罗桑天在一份报纸上看到一个叫胡蔚蔚的记者写的文章，披露了李梦露的内幕，第一次告诉读者李梦露怀孕了，而且披露了警察局的一些关于李梦露死情况。

电影《死亡的证明》是唯一破案的钥匙。当宪兵正要把罗桑天和胡蔚蔚押走的时候，胡蔚蔚爸爸的副官救了罗桑天和胡蔚蔚。罗桑天惊奇地看着胡蔚蔚。原来胡蔚蔚的父亲就是一个月前在愚园路罗桑天救了的政府要员胡部长。胡部长包了百乐门进行新生活的考察。胡蔚蔚告诉罗桑天自己找到了那个要毁灭李梦露的影迷。。

罗桑天和胡蔚蔚一起去了胡家，因为胡部长很想见罗桑天。但是罗桑天意外地在胡蔚蔚家遇到了胡部长和百乐门舞后高珊珊跳舞。胡部长很高兴自己的女儿有个罗桑天这样的男朋友。胡部长同时知道了罗桑天和胡蔚蔚都在寻找李梦露死的线索。胡部长一直认为李梦露是自杀，胡蔚蔚告诉爸爸说，李梦露是他杀。

流岩意外地发现了凤人美有一块金光灿烂的镶着钻石的金表。流岩是第一次见这块钻石金表。流岩怀疑起了这块钻石金表的来路。流岩突然想起自己见过这块罕见的钻石金表。凤人美害怕地问流岩到底在什么地方见过，流岩想不清楚。流岩看到凤人美把这块价值不菲的钻石金表放进了保险柜里了。

仙人跳的主犯告诉罗桑天他曾经想追求李梦露，所以一直跟踪李梦露。仙人跳的主犯是永安公司的旅馆服务员，在三栖影剧歌皇后的颁奖晚会上他端着香槟酒跟着李梦露，听见了李梦露说了一句话，李梦露和对方打电话说，我一定要和你结婚，我不怕。接着当天晚上李梦露就死了，联想起李梦露的电话说的内容，主犯觉得那人和李梦露死有重大关系。

在罗桑天向局长谢汉明汇报后，罗桑天谈到了仙人跳主犯供出的第七个嫌疑人。谢汉明拒绝了罗桑天所说的李梦露是他杀，谢汉明仍然坚持李梦露是自杀。罗桑天突然发现师傅变了，太武断不信证据。罗桑天说我会证明的。谢汉明说自杀你证明什么？法医的鉴定都在那里了，你就不要胡思乱想了。罗桑天黯然了。

胡蔚蔚发表了李梦露死于砒霜的新闻，罗桑天看到了胡蔚蔚的新闻后立刻调查了这个药店，并且示出了朱泱的照片，店主承认这个朱泱曾经在他们店里买砒霜。罗桑天等人立刻前往朱泱家，朱泱不在家，但是朱泱的母亲告诉他们朱泱有另外一个地址。罗桑天等人赶到了朱泱的另外一个地址。罗桑天等人冲上了楼，屋子里没有人。

胡蔚蔚召集了各个报社的同仁要求大家在报纸上呼吁警察局开棺验尸。凤人美带着汪莉莉参加了这个派对。凤人美向众人隆重地推出了汪莉莉。连胡蔚蔚都惊呆了，这个女孩子怎么这么像死了的李梦露啊。施玉泉和应桂玉也参加了这个派对。汪莉莉第一次见到了施玉泉。施玉泉和应桂玉见到了汪莉莉都吓了一跳，以为李梦露活过来了。

在李梦露尸体丢失的现场，警察局局长谢汉明大怒，他命令部下在十公里内搜查，务必找到李梦露的尸体，而且谁向新闻界透露，就枪毙谁。谢汉明求罗桑天一定要找到李梦露的尸体，要不李梦露的尸体不见了的消息传出去，自己可能官位不保。

《李梦露》一剧的排演发生了争论，刘笑荣要把剧本改成李梦露是他杀，凤人美不同意，刘笑荣执意要改，要尊重事实，凤人美威胁着刘笑荣说，你要改，我就不演了。凤人美拂袖而去。刘笑荣决定推举新人，推举汪莉莉出演李梦露一角。

流岩因为没有钱吸毒，回到了凤人美身边。凤人美爱着小白脸，原谅了流岩。但是有心计的流岩仍然在试图掌握凤人美的秘密。凤人美仍然不放心流岩，仍然把钻石金表藏在保险柜里。凤人美到医院来看汪莉莉，凤人美虚情假意地还要给汪莉莉介绍男朋友，还说一定是大户人家。这个时候医生何天佑来查房了。

何娟红告诉罗桑天自己一直监视何天佑，因为从何天佑看凤人美的钻石金表开始一直到太平间被打昏，她觉得何天佑有很大的嫌疑。何天佑立刻被罗桑天传讯了。警察趁机搜查了何天佑的宿舍。罗桑天问何天佑昨天晚上十一点到一点在什么地方，何天佑说自己在做手术，有人证明了何天佑一直没有离开过手术室，做证明的这个人，是护士王倩倩。

凤人美家的阿姨一大早端着早餐，推开了凤人美的房间，发现了凤人美的尸体。罗桑天马朝等人赶到了现场。阿姨举证昨天晚上听到了流岩和凤人美打架，流岩喊着要杀死凤人美。阿姨认定是流岩杀死了凤人美。这个时候流岩来了，流岩似乎痛苦万分地样子。

钻石金表和绑票施玉泉.张毅在守候凤人美家，张毅饿了刚好有个馄饨摊来了，张毅就吃了碗馄饨，张毅暴露了守候地点。张毅吃完馄饨困了睡着了，被人打昏了。这个人就是何天佑。罗桑天辞别了高珊珊来到了汪莉莉的宿舍里。罗桑天看到汪莉莉没有事，把何娟红叫了出来。

施玉泉家里收到了二十一万美金的条子，应桂玉决定不惜一切财力救施玉泉。而在施玉泉家门口守候着的马朝突然意识到刚才在施玉泉家弯腰的那个人是流岩。罗桑天立刻赶到了流岩家，张毅告诉罗桑天流岩不但是个烟鬼而且是个酒鬼，昨天晚上他喝醉了大叫爱汪莉莉。

钻石金表是和三条人命都有关系，钻石金表到底在什么地方？流岩对汪莉莉说自己有钱了，说自己做了一件上海滩惊天动地的大事，我们赶快走。这个时候罗桑天和部下包围了舞台上的流岩。流岩见状拿出手枪对准了汪莉莉的头。流岩要罗桑天赶快离开，否则就要和汪莉莉同归于尽。

取走重要证据的钻石金表的女人到底在哪里？罗桑天根据目前情况，分两组人，一组人继续找李梦露的尸体，重点是济仁医院，因为李梦露的尸体曾经出现在济仁医院里。另外一组人去找那个取表女人。罗桑天独自去了济仁医院，意外发现了护士王倩倩居然是何天佑的情人，喜欢何天佑，完全有做假证的可能。

刘笑荣被泼了硫酸残废了.银行取表女人查无下落。张毅建议李梦露一案找一个像李梦露的替身，来代替李梦露尸体，同时找一个人来让他把偷盗李梦露的尸体的事情兜下来，然后我在抓捕他的现场把这个家伙击毙了，什么事情都往这个人身上推。李梦露丢尸一案就了解了。谢汉明首肯了这件事情。《李梦露》的话剧上演了。

罗桑天和何天佑斗智斗勇，罗桑天问何天佑杀过人吗？何天佑很生气说，我要是杀过人，早就被你罗桑天铐到局长里去了。罗桑天笑着说，我是说你拿手术刀的时候杀过人吗？何天佑说，那是手术刀，不是杀人的刀。罗桑天说，有时候拿手术刀的杀人更厉害。罗桑天的徒弟询问他怀疑何天佑的原因，罗桑天说因为一切事情的发生都是在医院，所以何天佑的嫌疑很大。

谢汉明得到了巨款，拒绝了马朝对张毅的调查，张毅躲过一劫。张毅仍然在继续当自己的探长。这个时候有人打电话告诉他，有个和李梦露一样年轻的女孩子跳楼了。张毅立刻到医院一看，就秘密地买了这具女尸。张毅接着到了那个石武中的家里，把石武中打死了，并且让人用一把火枪伤了自己的面部。

长脸女人说，你给的太少了，现在我要一千块大洋，如果你不给，我就告官。何天佑把长脸女人领到了一个偏僻的地方，用枪打死了长脸女人。当何娟红发现了长脸女人坐在椅子上的时候，已经是具尸体了。谢汉明和罗桑天到了现场。谢汉明又是大怒。罗桑天说，何娟红没有目睹嫌犯杀害这个女人。

胡部长又在家里和高珊珊跳着交际舞。这个时候仲秘书来了，胡部长和仲秘书离去了。高珊珊很感兴趣地跟着胡部长朝他办公室里一看，原来胡部长和何天佑在一起。胡部长在告诉何天佑怎么转移到香港和印度尼西亚去，何天佑说是为了报恩才执行部长的指示的。胡部长问到了钻石金表的事情，何天佑说已经处理好了。

善良的胡蔚蔚疯掉了，爱情果实也没有了。胡蔚蔚赶回了家，发现了父亲胡部长正在和汪莉莉吃饭。胡蔚蔚痛骂着胡部长，这个女人又是一个玩物，这就是你们提倡的新生活！胡部长把胡蔚蔚拉上了楼。汪莉莉悄悄地跟上了楼。胡蔚蔚说高珊珊死了，而你却在家里醉生梦死，她对父亲的行为很生气。

全上海滩仍然在搜查何天佑，何天佑的通缉令到处都是，电台也在反复播送何天佑的通缉令。谢汉明宴请罗桑天，谢汉明再次警告罗桑天你那个何天佑身后有人的推论是站不住脚的，这些系列案件到何天佑这里打住了！何天佑就是谋财害命！但罗桑天却仍然对此持不同意见。

因为罗桑天不听警察局长谢汉明的劝告，谢汉明一怒之下撤销了罗桑天的职务，罗桑天降为普通侦探，但是，罗桑天可以佩枪。为了自己心中的那份正义，罗桑天并没有退缩，又开始了艰难的探案之旅。何天佑被击毙的事沪上各大报纸都有报道。仲秘书和汪莉莉都看到了报道。仲秘书在教汪莉莉打高尔夫球，这个时候胡部长家门口来了一个要饭的跛子。

罗桑天发现了花溅泪的手里的怡和洋行的保险柜的钥匙，立刻想到是跛子杀手杀死了花溅泪，但是没有发现花溅泪的手里攥着的正是一把怡和洋行的钥匙，跛子杀手一枪把花溅泪打死在浴缸里，花溅泪的手沉浸到水里，跛子杀手忽视了这一细节。罗桑天拿着怡和洋行的钥匙在路上跑着。

第二天一早胡玉成看报纸，发现没有罗桑天死亡的新闻。胡玉成命令立刻收买上海警察局局长谢汉明，甚至可以让谢汉明当南京首都警察厅的厅长。胡玉成还下令，把跛子杀手在他完成干掉罗桑天的任务后也处理掉，由仲秘书亲自处理。仲秘书打了个寒颤。罗桑天赶到了那家瑞士钟表店，对方发现罗桑天查的表是绝版加珍藏版表，一般人不能查。

在罗桑天的家里，罗桑天手里只剩下那把从跛子杀手那里夺来的何天佑的左轮手枪了。罗桑天不知道该怎么做了。但是，李梦珠决不放弃。跛子杀手来问仲秘书要最后的钱，门卫递给了跛子杀手一个条子，说仲秘书约他到一个地方喝茶。跛子杀手拿着条子离去。这个时候有人在监视跛子杀手，这个人就是李梦珠。

罗桑天一直想见胡蔚蔚，罗桑天守在胡部长家门口，这天胡蔚蔚到医院去，罗桑天跟踪了胡蔚蔚的车队。在医院的走廊上，胡蔚蔚已经疯掉了，不认识罗桑天了，罗桑天更加痛苦了。罗桑天的爱情梦也破灭了。胡部长原谅了李梦珠，李梦珠被释放了。