新宿东署的档案室里，泛黄的案件卷宗堆叠成山。老刑警柴崎（北大路欣也饰）布满皱纹的手指停在一份15年前的悬案上——少女失踪案的证物照片里，那只染血的发卡与今日新宿站前发现的尸体如出一辙。
当柴崎的"记忆回溯"特殊能力再度触发，年轻搭档望月（风间俊介饰）看见前辈突然昏厥的瞬间，法医志田（上白石萌音饰）却在解剖台发现更骇人的细节：两具尸体的伤痕构成完美镜像。警视厅电脑专家（石黑贤饰）调出全城监控，画面里穿红色高跟鞋的女人总在凶案前出现，又像幽灵般消失在歌舞伎町的霓虹中。
随着调查深入，柴崎的记忆碎片逐渐拼出惊人真相：当年亲手逮捕的连环杀手（白石隼也饰），可能只是庞大犯罪网络的替罪羊。而此刻新宿的夜空下，新的猎物正被阴影吞噬。