大学生の月 (窪田正孝) は、ある日、名前を書かれた人間は死ぬという「デスノート」を手に入れた。ノートの力で警察に勤める父･総一郎 (松重豊) の絶体絶命の危機を救った月は、その後、死神･リュークと共に凶悪犯を次々に殺害。すると、ネット上で“キラ”として賞賛されるようになる。しかしそんな時、キラに関する事件を捜査するために天才探偵のL (山崎賢人) が来日する。月とL、二人の熱き頭脳バトルが幕を開ける…。
殺人鬼キラとして生きる月 (窪田正孝) は、探偵L (山崎賢人) の命令を受けたFBI捜査官に尾行されていることを知り、彼と共にLを葬り去るための準備を開始。キラの動きから彼の正体が月であるという疑いを持ちつつあったLは、総一郎 (松重豊) と行動を共にすることに。そんな中、死神リュークは海砂 (佐野ひなこ) の余命が残り少ないことを月に告げる。デスノートでは人の命を救うことは出来ない…。苦悩する月はある行動に出る。
L (山崎賢人) からキラではないかと指摘されて動揺した月 (窪田正孝) だったが、自分がまだ容疑者の一人でしかないと知り、自分を尾行中のFBI捜査官を全員殺そうと決意。そんな月に、リュークは人の名前と寿命を正確に知ることができる“死神の目”を寿命の半分と交換するという取り引きを持ちかけるが、月はそれに頼らず捜査官全員の名前を知ろうと画策する。一方、赤いデスノートを手にした海砂 (佐野ひなこ) は…。
FBI捜査官が全員殺害されたことで、ますます月 (窪田正孝) への疑いを深めたL (山崎賢人) は、総一郎 (松重豊) にも無断で月の部屋に監視カメラを設置。何者かが部屋に入ったことに気付いた月は、リュークに監視カメラが置かれた場所を調べさせ、その絶体絶命の状況を利用してLの疑いを晴らすための計画を練ることに。何とか危機を脱した月だったが、安心したのもつかの間、目の前にLと名乗る男が現れ…!?
海砂 (佐野ひなこ) が突然月 (窪田正孝) の家にやってきた。なんとか自宅の外に海砂を連れ出した月に、海砂は自分の“死神の目”を使ってL (山崎賢人) を殺すと言い出す。海砂を巻き込みたくない月は、その申し出に悩み…。一方、脅迫状から“第二のキラ”の出現を察知したLは、捜査対象をひとまず“第二のキラ”に絞ることを決意。月をキラ対策室に呼び出し、協力を求めることにする。しかしそれは月をキラだと疑うLの罠で…。
海砂 (佐野ひなこ) が“第2のキラ”としてL (山崎賢人) に拘束された。海砂にデスノートを放棄させることで記憶の一部を消し、彼女を守ることにしたレムは、月 (窪田正孝) からある作戦を託される。そして月は、何と自らがキラなのではないかと告白しキラ対策室に出頭。驚きに包まれる総一郎 (松重豊) たちをよそに、月は24時間Lの監視下に置かれることで疑いを晴らそうとする。そしてLは、そんな月にきつい質問責めを行い…。
L (山崎賢人) の疑いを晴らすために月 (窪田正孝) がキラ逮捕に全力を賭ける決意を固める中、キラが大企業･ヨツバジャパングループの関係者である可能性が浮かび上がる。海砂 (佐野ひなこ)、松田 (前田公輝)、月は、CMオーディションに乗じてヨツバ本社に潜入。ヨツバ幹部の中にキラがいると確信したLは、次の罠を仕掛けることに。そしてクライマックスに待ち受ける、衝撃の展開とは…!?
“第3のキラ”から押収したデスノートに書かれていたルールのお陰で、L (山崎賢人) の疑いを晴らすことができた月 (窪田正孝)。今度こそLを葬り去るべく、月は森に埋めたデスノートを海砂 (佐野ひなこ) に取りに行かせるが、海砂が襲われノートを何者かに奪われてしまう。一方Lは本格的にニア (優希美青) と一緒に捜査を開始するが、ニアはもう一つの凶暴人格･メロを抑えることが出来ずついに…!
L (山崎賢人) はデスノートに細工を施すことで月 (窪田正孝) を追いつめ、キラだと認めさせた。しかしその直後、Lは死亡。ニア (優希美青) がキラ対策室に加わることとなる。月は総一郎 (松重豊) が持つデスノートを手に入れようと行動を開始するが、彼の目の前に再びLの姿が…!? そんな中、粧裕 (藤原令子) が誘拐されてしまう! 救出の条件はデスノートとの交換! さらに、その犯人はどうやら対策室メンバーの中にいるようで…。
月 (窪田正孝) と総一郎 (松重豊) は、粧裕 (藤原令子) を救うために日村 (関めぐみ) から指定された場所へ。粧裕の救出には成功するが、日村にデスノートを奪われてしまう。時を同じくして、凶暴なメロに人格を乗っ取られたニア (優希美青) が失踪。月はメロの行方を突き止め、デスノートを再び手に入れるため暗躍し始める。そんな中、総一郎はLが残した最後のビデオを見て、キラが月だと確信し…。総一郎は、月に自首を迫る!
月 (窪田正孝) の証言により、メロ (優希美青) は総一郎 (松重豊) 殺害の容疑者として警察から追われる身に。月は今度こそメロを抹殺しようと決意するが、メロも反撃を開始する。そしてメロの居場所が判明。死神の目を持つ魅上 (忍成修吾) と共に現場に向かった月は、遂にメロ=ニアと対峙。2人の最後の勝負が幕を開ける!! そしてさらに、死んだはずのL (山崎賢人) が遺した最後のビデオメッセージが流れ始め…。
