二階堂（横浜流星）の作ったAIの分析で、黒島（西野七瀬）が犯人の可能性が高いという結果が出る。翔太（田中圭）は、ゲームの参加者でもある黒島には犯人の条件が揃っていると主張する。二階堂は黒島をかばう。黒島への疑惑をめぐり、翔太と二階堂は、険悪な雰囲気に。
そんな中、翔太たちは水城（皆川猿時）から、田宮（生瀬勝久）が人を殺したと自首してきたことを知らされる。田宮は水城の取調べで、自分が犯した殺人の詳細を語り始める。
翔太と二階堂は、南（田中哲司）が元刑事から提供された尾野（奈緒）に関する資料を見せられる。そこには、尾野の疑惑を深める内容が記されていた。
翔太と二階堂は、意外な事実が判明した尾野に話を聞くために301号室を訪ねるが尾野は不在。帰りを待っていると、303号室から蓬田（前原滉）が叫びながら飛び出してくる。翔太と二階堂は、303号室の中へ。すると、キッチンに血まみれのある物が…！それは、交換殺人ゲームの重要な証拠のひとつで…。
まもなく、尾野が帰宅。翔太と二階堂が話を聞くと、尾野は、黒島が怪しいと主張。翔太の入院中、病院の廊下で黒島を見かけたことを話す。二階堂は「黒島が菜奈（原田知世）を殺した」と以前聞いていたにも関わらず黙っていたことが翔太にバレてしまう。さらに、翔太が内山（大内田悠平）との関係を問い詰めると、ハッキリ答えない尾野。さらに彼女は「交換殺人ゲームには参加していない」と言い出して…！？
罪を隠し続けてきた藤井（片桐仁）と桜木（筧美和子）、そして階段から突き落とされた久住（袴田吉彦）の運命は！？そして、パズルの裏からは、犯人を絞り込むある手がかりが…！！翔太と二階堂、南は、犯人をおびき出すある作戦を決行！そこに現れるのは、一体誰だ！？
尾野が黒島に吹きかけたのは、口臭ケア剤だった。二階堂を菜奈殺害犯の黒島から守るため、と言いかける尾野を、急いで部屋に戻す二階堂。
303号室で見つけた“赤池美里”と書かれた血だらけの紙…。しかし、303号室に出入りしていた尾野は、つきあっていた元住人に合鍵をもらっただけで、無関係だと言う。略奪に成功した記念品として、菜奈のボタンも取って行ったというのだ。さらに、ゲームでは紙に何も書かず、引いた紙も見ないでポスト前のゴミ箱に捨てたと告げる。翔太と二階堂は尾野の発言をもとに、交換殺人ゲームについて考え直す。すると、“織田信長”と書いたと言う黒島が嘘をついていた可能性が強まる。
そんな中、翔太は、菜奈が直したパズルの中で色の違う１ピースを外してみる。ピースの下には、１枚の紙片が隠されていた。その紙は、区の広報紙の占い欄を切り取ったものだった。その占いで“今月のラッキーデー”として記載されている日付のうちの何日かに丸が付けられ、紙の余白には“５日、12日、17日、26日 次は？”と菜奈の字で書かれていた。丸の付いた日付は、これまでの“笑顔殺人”が起こった日と一致することが判明。
翔太は水城とともに、入院中の久住を訪ねる。久住は、朝男（野間口徹）を殺したと告白。そして、浮田（田中要次）が書いた“赤池美里”の紙を引いたのは、黒島だと証言する。
パズルから出てきた紙片の占いは牡羊座のもので、菜奈が書いた日付は６月のラッキーデーだと分かる。黒島は、牡羊座だった。翔太は、黒島が自分の星座のラッキーデーに殺人を犯しているのではないかと推理する。しかし一方で、尾野も高知出身で牡羊座だと分かり…。
翔太と二階堂は、犯行を楽しんでいると思われる犯人を挑発する手紙でおびき出すことに。手紙の内容は、牡羊座のラッキーデーとなっている９月８日にあるホテルの一室に来てほしいというものだった。手紙を送った相手は、翔太と二階堂が怪しいとにらんだ黒島と尾野、西村（和田聰宏）、江藤（小池亮介）の4人。
９月８日当日。南がマンションを張ってると、出て行ったのは西村、尾野、江藤の3人。黒島には動きがない。そして、ホテルで待っていた翔太と二階堂の前に現れたのは、尾野だった。その時、翔太は何者かに背後から締め落とされる。それは、二階堂だった…！！尾野と結託している様子の二階堂。果たして、本当の黒幕は誰なのか…！？
