1940年，上海弄堂里有一家侦探社由三姐妹经营，大姐秋妍虽然只会娇气地端茶倒水算账，三妹冬泠对破案根本不感兴趣，只有二姐知夏一股脑儿地在坚持破案。歌女小茉莉在演唱会即将开始之时遭到了枪杀。一心想破大案子的知夏横冲直撞进了后台，被警察拦住。最后因为妨碍公务罪再次被抓了起来。在案子很快破完之后，有天晚上冬泠在街上带回了一个小女孩。最后小女孩说出了真相，原来她是歌女小茉莉的女儿，并指出警察抓错了凶手。一夜，百乐门的黄老板告诉侦探社要安排小百合离开上海，小百合的父亲到时会来接应。但第二天，百乐门的黄老板就被人杀害了。黄老板的死让大家意识到小茉莉案件可能不仅仅是找到凶手那么简单。司徒亮、知夏和秋妍调查起了工人的背景，他们发现工人家境贫寒却人品端正，和媒体报导的人品形象根本不符。众人带着百合前往和黄老板约定地点，却发现是一个骗局。大家最后发现了小百合的玩具兔子里的秘密——项链和暗号。警察局长的生日宴在新开的百乐门举行，司徒亮偷偷安排三姐妹混进去。知夏打扮成伪证工人和凶手进行交易，原来凶手正是司徒亮的同事周警长。局长派人将周警长抓了起来。真正的凶手终于落网。一切看似风平浪静的时候，新的暗杀又在风起云涌......
少女侦探社同主演影片作品