水戸部裕(松重豊)と朝香千津子(山本未來)は、過去の未解決事件＝コールドケースを担当する、たった二人の警視庁特命課。ある日、二人は捜査一課長の山岸亘(宅麻伸)に呼び出され、20年前に新宿・荒木町で発生した杉原光子（国生さゆり）殺害事件の再捜査を命じられる。荒木町の最後の芸者・小鈴としても知られていた光子は、彼女が所有するアパートで刺殺され、土地トラブルの線で捜査が進んでいたが未解決のまま。刑事部長・森末哲平（益岡徹）曰く、アパートを買い上げようとしていたのは、都議会議員・渡辺邦夫がオーナーの渡辺不動産。光子の死後、遺産を相続した甥から買い上げ、当時その事実を週刊誌は面白おかしく書き立てた。現在病床にある邦夫は、受勲を最後の望みとしており、この汚点を払拭するため息子の邦彦（伊東孝明）から再捜査の依頼があったという。政治家個人の名誉のため“形だけの捜査”を命じる森末に、水戸部は納得いかないが、山岸に諭され捜査を始める。
当時、捜査本部にいた警察相談員・加納良一（柄本明）によれば、渡辺不動産の社員・沖田勝（大西武志）が容疑者としてあがったもののアリバイがあり、結局未解決事件入りに。また光子のことを一番覚えているのは、光子の店で働いていた柳瀬信也（眞島秀和）だと聞いた二人は、柳瀬が経営する荒木町のバーを訪ねる。店はバブル崩壊後に経営が傾き、追い打ちをかけるかのように“鈴佳”と名乗っていたホステス・笠井佳子（永池南津子）が失踪。建設会社の社長・国枝征二郎（上杉祥三）に気に入られるなど人気ホステスだったが、国枝はもともと光子の贔屓で、アパートも国枝が買ったものだったという。その国枝も光子が殺される直前に病死した。
徐々に明らかとなる人間関係を洗い直すため、水戸部と千津子はまず沖田のもとへ。沖田に事件について聞くと「関係ない」とその場を去るが、明らかに慌てている様子だ。次に訪ねたのは、佳子の失踪届けを出していた妹の理香（高橋かおり）。荒木町で雑貨店を営む理香に会いに行くと、光子は「男と逃げた」と嘆いていたが恋人の話は聞いたことがないという。また佳子から聞いた“大切なお客様”として、国枝ともうひとり、意外な人物の名を口にする――。
さらに国枝の元運転手で相談役だった大西孝二（ビートきよし）の存在を知った二人は、入院中の大西のもとへ。しかし佳子のことを知ってはいるようだが、「話したくない」と二人を突っぱねる。
そんな中、荒木町の工事現場から白骨遺体が発見される。DNA鑑定で身元が判明し、報告を受けた水戸部はがく然とする。さらに光子の事件と酷似する新たな殺人事件が発生し…！
