ロボット工学で有名な金田博士の忘れ形見であり、東京にはびこる悪を退治する有能な少年探偵がいた。彼の名は少年探偵・金田正太郎。今日も宿敵・村雨一家を追っていた。人ごみの中を逃げる村雨一家・竜作と辰を建設中の東京タワーに追いつめた正太郎だったが、隠れていた竜作の弟・村雨健次に捕まってしまい…。

巨大砲弾から現れたのは全身包帯巻きの謎の巨大ロボットであった。その巨大ロボットを喜び見る敷島博士は正太郎に言う。「いいかい…金田博士の忘れ形見“ショウタロウ”は君一人ではないんだ…、終戦と共に生まれたのは君だけではない…。」そして、巨大ロボットは燃える包帯を巻き散らせつつ、市街へと動き始めた。

鉄人28号と27号の戦いによって破壊された家屋やビルの中、鉄骨を手に持ち、町を整備している鉄人。操縦する正太郎はまだ慣れないせいか、なかなかうまく動かない。そんな時、遠くの爆発音にハッとする正太郎たち。現場に向かうと集まる作業員の中、割れたビーカーや水槽からゼラチン状の液体が流れ出ていた。

突如、現れた黒いロボット“ブラックオックス”に謎の水槽を壊され、鉄人28号も倒されてしまい、意気消沈している正太郎。高見沢秘書に気分転換にと音楽会へと連れ出された正太郎だったが、いまいち気分が乗らなかった。帰路の途中、人ごみの中で不乱拳博士らしき人物を発見した正太郎は不乱兼博士を追いかけるが…。

鉄人第2計画を知ってしまった正太郎の前に突如現れた“モンスター”。そう、彼こそが不乱拳博士が神に背いて生み出した人造人間であった。街に警報が流れる中、モンスターは村雨の手引きによって下水道に身を潜めていた。モンスターの怪我を治療していた村雨は、正太郎から奪った鉄人第2計画を見ると、そこには…。

港に回収したブラックオックスを伊豆大島の研究所に送るため、正太郎と大塚が来ていた。そんなブラックオックスを複雑な表情で見上げる正太郎に敷島博士が声をかけてきた。その様子を黒塗りの車の中から鉄人28号と操縦器を狙うマフィアのボス・スリルサスペンスが見ていた。そして、さらに彼らに近づく村雨もいた。

鉄人の操縦器をスリルサスペンスに奪われてしまった正太郎。「僕が操縦器さえ盗まれなければ…」と落ち込む正太郎は、自分を責め立てる。その頃、軍艦島にあるアジトでは鉄人を使って強奪に成功したスリルサスペンス一味が金銀財宝を前に浮かれていた。一味と行動を共にしていた村雨は浮かれる一味に一喝するが…。

一人操縦器を取り戻そうとスリルサスペンスのアジトがある軍艦島に向かった正太郎。怪我を負いながらも島に到着した正太郎はアジトを探す最中、スペンサー大佐の依頼で操縦器を破壊するために島にやって来ていた村雨と出会う。二人はアジトを見つけ様子をうかがうが、正太郎はスリルサスペンス一味に捕らわれてしまい…。

敷島に呼ばれ、敷島重工を訪れた正太郎と大塚の前に見慣れぬ巨大ロボットが現れた。そして、敷島からドラグネット博士とその助手のジョンソンを紹介された正太郎は、ドラグネットが金田博士の研究ライバルで、ロボット“ギルバート”を作成し宇宙開発競争という名の戦争で宇宙征服を目論んでいることを知るが…。

正太郎と大塚署長はドラグネット博士殺害の事件解決のため、犯人の手がかりを追い、戦時中ドラグネットと共に謎の兵器開発を行っていた牧村博士邸へと急ぐ、だが牧村邸に到着すると、家からは火が上がり警官隊が倒れていた…。不審に思い、家の中に駆け込む正太郎たちを迎えたのは仮面を被った謎の男であった。

正太郎たちに追いつめられた超人間“ケリー”、しかし鉄人28号を相手にその圧倒的なパワーを見せつけるが、突如身体に異変が起こり、敷島博士をさらって逃亡してしまう。ケリーは秩父山中にて身を潜め、敷島に自分の身体の修理をさせていた。そして、ケリーの襲撃に備えて鉄人と共に待機していた正太郎と大塚の前に…。

敷島重工の帰り道、凄い高熱でうなされる男を発見した正太郎。その男を病院に連れて行く正太郎だったが、男を二人組に奪われてしまう。救急車で逃げる二人組を追いかける正太郎。逃走する中、二人組の一人は死亡し、もう一人は逃亡する。そして、残された救急車の中には熱病の男はいなかった。救急車は囮だったのだ…。

動物園の園長がカラカラに干からびた死体となって発見された。正太郎と大塚署長が取調室に駆けつけると、八木という男が参考人として取り調べを受けていた。その男が、第一発見者であるらしかった。そんな時、園長の検死を行うために現れた山岸教授は、死体を見るなり街に警戒態勢を取るよう関刑事に指示を出し…。

保健所から来たという男が、集団赤痢の予防薬と称して銀行員たちに劇薬を飲ませ、現金などを盗み出す。そして、その男は煙のように消え失せる、という事件が発生した。この事件を追う大塚は、消える男“ブラックマスク”を美術館にて追いつめる。だが、ブラックマスクは光に包まれながら大塚の目の前で消えてしまい…。

京都の寺院で起きた国宝焼失事件、犯人は監視員の問い掛けに答え、まるで自分の意志のように自由に動く“小さなロボット”であるらしい…。そんな中、敷島に戦時中の研究仲間・川原崎から電話がかかってくる、「新聞をみろ!!」と急かされた敷島は国宝焼失事件を扱った紙面に死んだはずの研究仲間・綾子を見つけるが…。

戦時中、不乱拳博士の弟子たちによって開発された人工知能“ロビー”…。そのロビーを巡り弟子たちが殺害されていく中、敷島は出兵直前に婚礼をあげた“梅小路綾子”と出会った。だが、不乱拳の弟子である大原が死ぬ直前に一連の犯人が敷島であると証言したため、敷島は重要参考人として逮捕されてしまう。

世界経済においてその富を一手に統合する一大カンパニー“ベラネード財団”が視察来日した。すると突如、ロボット“サターン”が一団に襲い掛かってきた。だが、サターンを鉄人28号が圧倒的な強さで倒す。その頃、巣鴨プリズンでは服役していたビッグファイア博士が出所した。その向かう先は敷島重工であった。

敷島博士の謎の自殺、原因を調べるために敷島邸へと訪れた大塚と正太郎。敷島夫人の話によると、敷島は黒ずくめの男と“バギューム”に関して話しをした後、黒ずくめの男と共に消えたという。“バギューム”について調べるために警視庁を訪れる大塚と正太郎だったが、新署長“クロロホルム”に門前払いにされてしまい…。

秘密の地下室にて父・金田博士の声が残されたレコーダーを発見した正太郎の前に、謎の覆面男・ニコポンスキーとブラックオックスが現れる。正太郎は操縦器で鉄人28号を呼ぶが、鉄人28号はビッグファイアによって拘束されている。ニコポンスキーに背後をとられた正太郎は、ペンシル型ロボット“〇八一五”で反撃する。

金田博士の言い残した“まだら岩”を目指す正太郎たち一団は突如、飛来した恐竜ロボット“ギャロン”に襲われてしまう…。運良く、まだら岩に打ち上げられた正太郎はニコポンスキーに捕まってしまう。なぜか、正太郎を安全な場所へと連れて行くニコポンスキー。そこで、ニコポンスキーは正太郎の出生の秘密を語り始めた。

バギュームから作られる太陽爆弾を敵国に渡そうとした金田博士のスパイ容疑は、その証拠であるバギュームも無くなり、不問と処された。だが、父のスパイ容疑が免除になったとはいえ、その事実は変わらない、と受け止めた正太郎は様子が変であった…。そんな正太郎は鉄人をまるでモノや兵器のように扱うようになっていた。

日本経済の乗っ取りを企むベラネード財団は黒部ダム建設のためのロボット選出レースが計画する、そこには世界各国からあらゆるロボットが集まり、さながらロボット博覧会のようであった。そして、正太郎に鉄人を使わすことに何かイヤな予感がした村雨は、黒部峡谷ロボットレースを独自に調査し始めて…。

鉄人から発見された太陽爆弾により、鉄人の存在自体が問いただされる中、鉄人が「兵器」であるか「道具」かを問う「鉄人査問会」が開かれることとなった。鉄人は廃棄すべきだと主張するベラネードの尋問に乗せられ本意と違う証言をしてしまう村雨。さらにビックファイアが鉄人の兵器性を述べるが、それに対し正太郎は…。

生きていた敷島と再会を果たした正太郎。敷島邸で敷島との再会を喜びあう正太郎たちだが、その夜、敷島邸内でクロロホルムと敷島が言い争うのを聞いてしまう。さらに敷島たちは査問会での鉄人廃棄論の証言をひっくり返すべく、黒部でのロボットレース妨害の犯人として、ビックファイアの正体を暴こうと敷島重工に向かう。

ビックファイアがオックスに対し再点検を行なう中、ベラネードはオックス軍団を操り、鉄人とバギュームを操ろうと画策し始める。一方、正太郎たちは、村雨のアパートで敷島の帰っていたことを祝い、すきやきを囲んでいた。その席上、敷島は今までの行動について語り出す。さらに鉄人についての自分の考えを述べて…。

黒部ダム建設現場にいたオックスたちの操縦が急に効かなくなり暴走を始めた。オックスの暴走を止めるためには、鉄人体内の太陽爆弾を起動させ、最強の兵器としオックスたちに立ち向かわせるしか方法がない。ファイアIII世を引き連れたPX団に取り囲まれる中、正太郎は苦渋の決断を迫られる。果たして正太郎は…。