木下（山田真歩）の部屋に踏み込んだ翔太（田中圭）と黒島（西野七瀬）、二階堂（横浜流星）たち。部屋中埋め尽くされた事件の資料や凶器、薬品、人体解剖図…。木下の正体とその目的とは一体…!?
翔太は木下が集めたマンション住民のゴミを、半ば強引に持ち出して調べ始める。各部屋のゴミから、複数の交換殺人ゲームの紙をはじめ、怪しい証拠品が次々と出てくる。二階堂がそのデータをパソコンに入力していく。調べていくうちに黒島のゴミから香典袋が見つかり、翔太は黒島に疑念を抱く。
警察の捜査により、402号室で押収されたバスタオルから山際のDNAと、山際とは別のDNAが検出される。奇妙なことに、そのDNAは早苗（木村多江）の他、榎本家の誰とも一致しなかった。菜奈（原田知世）が殺害される前の行動が少しずつ分かってくる。携帯電話はまだ見つかっていないものの、発信履歴の確認が取れる。菜奈が神谷に連絡していたことから、神谷は警察署内で危うい立場に追いやられる。また、最後の発信履歴は意外な場所で…！？
翔太は二階堂とともに、黒島のいる202号室へ。推理のたびに202号室を使うのは申し訳ないと、翔太はこれまでの推理をまとめたボードを202号室から302号室へ移すことに。翔太たちがボードを運び出していると、203号室からシンイー（金澤美穂）が出てくる。ボードに書かれた推理の内容を目にしたシンイーはすぐ部屋に戻り、同居人のクオン（井阪郁巳）、イクバル（バルビー）と話し合う。シンイーは、自分たちの秘密を翔太たちにかぎつけられるのではないかと不安になっていた。
翔太は、再び二階堂のために鍋を作って304号室を訪ねる。菜奈を殺した犯人を捕まえるには、一刻も早く二階堂にAIを完成させてもらわなくてはならない。「他人の手料理は苦手」と断る二階堂に翔太は、犯人を捕まえるまで毎日、二階堂のために料理を作ると大まじめに告げるのだった。 二階堂から、もっと菜奈の情報が欲しいと言われた翔太が、部屋に戻ると、玄関に見慣れない靴が…。なぜか尾野（奈緒）が菜奈の書斎にいた。なぜ尾野が部屋に…！？
翔太は尾野を「もし君を犯人だと思ったら、警察に突き出す前にベランダから突き落とす」と脅す。「マンションの住人全員を殺せば、その中に犯人がいるだろうからそれで復讐完了だ」とまで口走る翔太。彼は、そんな自分の復讐心に恐怖を感じていた…。 尾野は半泣きで謝りながら帰っていくが、翔太の姿が見えなくなるとコロッと表情を変える。彼女がペロリと出した舌の上にはボタンがひとつ…。 403号室の藤井（片桐仁）のもとに、シンイー、クオン、イクバルが訪ねてくる。イクバルからブータン料理店の店長・タナカマサオを殺害した犯人ではないかと指摘され、藤井は動揺。シンイー宅のベランダに侵入し、『あなたの番です』と書いた包丁を植木鉢に刺したことを告白する。シンイーたちは藤井に、お互いの秘密を守るために協力したいと言い、袴田吉彦殺害を告白する。 二階堂は翔太に、現時点の情報量ではAIで解析しても何も分からないという現実を伝える。菜奈殺害に関しては死因が塩化カリウムによるものだというデータから医師である藤井が犯人という結果が出るが、それも正確な結果ではない。二階堂は、安易な推測をしないようにと翔太に釘を刺す。 しかし復讐心に駆られ、二階堂の言葉も耳に入らない翔太。彼は勢いのまま、403号室を訪ね、藤井を押しのけて強引に部屋に上がり込む。翔太は、菜奈を殺した証拠がないかと探る。翔太が大量の医薬品を見つけたその時、部屋に潜んでいたシンイーの同居人２人が翔太に襲い掛かる――。 一方、警察では袴田吉彦殺害の容疑者が絞られ、指名手配となる。それは、今まさに翔太に襲いかかっている男で――！？
