新進作家の小林章三（宇津井健）はある晩一寸法師のような男（和久井勉）が人間の手首を持ち歩いているのを目撃して追跡するが、古びた寺の門前で見失う。 翌日小林はその寺を訪れるが、住職はそんな男は知らないと言う。その帰り道、小林は山野証券社長夫人の百合枝（三浦光子）と偶然出会う。 山野（三島雅夫）の先妻の娘である三千子（安西郷子）が５日前から行方不明になっていると聞かされた小林は私立探偵の旗龍作（二本柳寛）を紹介する。 翌日渋谷のデパー卜でファッションショーのモデル人形の片腕が本物の女の腕にかえられているのが発見される。指紋照合の結果、その腕が三千子の腕であると判明する…。

江戸川乱歩の「一寸法師」三度目の映画化。やや甘い結末になっている以外はほぼ原作に忠実です。なので当然ながら一寸法師と称される小人が登場します。一方、明智小五郎は何故か登場せず、探偵役は旗龍作と言う名前になっています。
狂言回しの探偵作家役を演じるのは宇津井健。後に明智小五郎を演じることになる天知茂が旗探偵の助手役、ほかに丹波哲郎も出演しています。宇津井は既に後年の顔と演技になっているのに対し天知はまだ眉間の皺が深くないし、丹波も丹波節で喋りません。