菊野市並木家失蹤三年的大女兒佐織（川床明日香 飾演），已成白骨，
在距離失蹤處十分遙遠的縣市一處被燒毀的屋舍。
三年前，佐織到音樂老師新倉直紀（椎名桔平 飾演）家，上歌唱課途中失蹤，事後發動大規模搜索，都找不到佐織。
並木夫妻不明白佐織為什麼跑到那裡去？
警察根據屋主，詢線追查，很快就逮捕了嫌疑犯蓮沼寬一（村上淳 飾演）。
負責偵訊的刑警草薙俊平（北村一輝 飾演），
十幾年前曾和蓮沼寬一交手過，當年蓮沼被指控殺害一名小女孩，
明明種種證據都指向他是殺人兇手，但是蓮沼行使緘默權，
不但逃過法律制裁，還向國家跟受害家屬提起誣告，
得到千萬元賠償，洋洋得意消逍遙法外。
這回蓮沼面對草薙詢問，一臉死樣子閉口不語，警方只能將他釋回。
並木家居酒屋，老闆廚藝精湛，夫妻待客和顏悅色，
鎮民很愛來店用餐，容貌美麗性情溫柔的佐織，
在鎮上遊行祭典後的慶祝歌唱表演，天籟歌聲受到矚目，
音樂創作人新倉直紀決定栽培佐織成為出色歌手。
在準備出道前夕，卻離奇失蹤，三年後證實身亡，並木夫妻悲痛不已。
與並木家交情深厚的鎮民們來安慰並木夫妻時，
囂張的蓮沼寬一來店內恐嚇威脅並木夫妻，
表示將對他們提告要求巨額賠償金。
蓮沼寬一的話，讓所有人氣憤不已，又對他莫可奈何。
草薙為無法讓蓮沼認罪，氣到快瘋了。
他的搭檔內海薰（柴崎幸 飾演）多次到並木屋
詳問當年佐織失蹤前後情況後，決定向草薙的老同學，
過去多次協助破案的物理學教授湯川學（福山雅治 飾演）求助。
巧合的是湯川學參與一項研究計畫，
地點正好是菊野市，暫時住在這裡，都在並木屋吃晚餐，
蓮沼到店裡大鬧，跟並木老闆差點打起來，
與冷凍商行老闆對罵的事剛好看在眼裡。
菊野市每年都會舉行秋祭遊行，參加的隊伍選主題做角色扮演，
鎮民熱衷參與，讓祭典遊行吸引眾多從各地來參觀的人潮。
向來與人保持距離的湯川學，對並木家小女兒夏美（出口夏希 飾演）說，
對菊野市秋祭遊行很有興趣，邀她一起去看遊行，夏美一口答應。
當晚鎮民聚在並木居酒屋餐聚時，傳來蓮沼寬一死亡，
警察封鎖命案現場的驚人消息。
初步驗屍證實蓮沼是窒息死亡，好端端睡在小房間內怎會窒息呢？
湯川學在內海薰拜託下，做了實驗證明是氮氣導致蓮沼寬一缺氧死亡，
但到底是誰？如何下手的呢？
做為冷靜旁觀者的湯川學，從冷凍商老闆和並木祐太郎（飯尾和樹 飾演）
交頭接耳模樣，察覺他們密謀某件事，
仇恨蓮沼寬一的每個鎮民都有殺人動機，也都可能是嫌疑人。
《破案天才伽利略：沉默的遊行》電影簡化了小說中盤根錯節的人性糾結，
故事進行的很快，看到向來只注重真相不管人情的湯川學變得柔軟，
除了幾次放聲大笑，他不直接戳破真相，
在兇手新倉直紀投案後，他去找新倉的妻子留美（檀麗 飾演），
問當年佐織失蹤前的事。
對啦，東野老師習慣性安排案外案，兇手不只一個，
因為一個無心之過，害死人，卻給了惡人有機會無窮盡的勒索。
新倉保護妻子，擬定殺人計畫，
知情者不知情都參與了殺人過程一部分。
本來很期待這部電影，看到一半小失望，
實在悶，無聊，誰讓我先讀完小說了，
流程那麼繁瑣讓我驚嘆的殺人過程，電影匆匆交代，
最精彩唯獨大遊行那場戲，看的出來砸了大錢。