｢このノートに名前を書かれた人間は死ぬ｣という力を持つ、死神が落とした恐るべき“デスノート”。 ノートを拾い、世の中の犯罪者たちを抹殺して理想的な新世界を築こうとする高校生･夜神月と、彼の行為を止めるべく捜査に乗り出す謎の名探偵L。一冊のノートから始まる天才vs天才の壮絶な頭脳戦が繰り広げられる。

悪のない理想の世界に変えるとためと、ライトは、ノートに名前を書き続ける。そんな中、世界中の犯罪者が急死するという事態を察知したＩＣＰＯ〈国際刑事警察機構〉は、直ちに緊急会議を開く。この１週間に心臓麻痺で死亡した犯罪者は、分かっているだけでも52人。未確認分を含めれば、100人を超えると推測される。手掛かりのない大量殺人事件に各国代表たちの焦りが強まる中、出てきたのが『エル』の名前だった。エルとは、世界中で発生した迷宮入り事件を解決してきた、名前も居場所も顔すら分からない人物。このエルと唯一コンタクトが取れるワタリという男が、各国代表の要望に応えるかのように会議場に現れ、エルの捜査協力を約束した。

総一郎を中心とする捜査陣が情報の分析を進める中、エルは、キラが自分なりの正義感を抱いた学生の可能性がある、と言い出した。徹夜続きの総一郎は、エルから犠牲者の日本での報道のされ方をさらに詳しく調べるよう求められ、部下たちの尻を叩く。一方、ライトは、警察の動きを知ったリュークの心配をよそに余裕の表情を見せていた。実は、ライトの父親は、日本の警察情報を一手に握っている夜神総一郎だった。そのパソコンに何の痕跡も残さずに進入することが出来るライトは、警察がキラを学生だと疑い始めていることですら早々にキャッチしていたのだ。

何としても尾行者の名前を掴んで抹殺したいライトは、手始めにデスノートの魔力を把握しようと計画。刑務所内の受刑者６人に様々な条件を付けて殺害したライトは、総一郎のパソコン情報から、ターゲットの死の直前の行動も操れることを確認した。そして、その魔力を計算に入れて、行動を開始した。

ＦＢＩの捜査官であった尾行者・レイの名前を知り、すぐにでもその命を狙える立場になったライト。だが、すぐコトを起こせば自分が疑われると考えたライトは、レイを殺害するタイミングをずらした。ＦＢＩ関係者の情報を入手してからでも、遅くはないのだ。まもなく、顔を見せないようにレイに接近したライトは、デスノートの切れ端に、日本国内に潜入したＦＢＩ捜査官全１２人の名前をレイ自身に書かせた。そして、その顔をパソコン画面で確認させることに成功したライトは、すぐさまレイを含めた全員の命を奪った。

総一郎ら５人の捜査官をホテルの一室に招き入れたエルは、キラの思考回路について説明した後、日本に潜入したＦＢＩ捜査官のことに的を絞って話を始めた。エルは、様々な推理を積み重ねた結果、ＦＢＩが調査していた人物の中にキラがいたと考えて間違いない、というのだ。ＦＢＩ関係の情報や必要データを受け取った総一郎らは、エルの推理に舌を巻きながら、さっそく捜査に乗り出した。

女の持っている情報が捜査本部に伝わることを恐れたライトは口封じの為、直ちにデスノートに女の名前を書くが、４０秒経っても女には何も起こらない。このことからライトは、女の名乗った名前が偽名だということに気付く。何としてでも女の本名を得たいライトだが、女は直ぐにでも捜査本部に行きキラの情報を話したいという。

日本に潜入していたＦＢＩ捜査官の死の直前の情報を分析したエルが注目したのは、駅構内の監視カメラが捉えていたレイ＝ペンバーの死のシーンであった。レイが改札とホームで手にしていた封筒が、死亡した際には見当たらず、遺留品リストにもない。絶命寸前のレイが必死に走り去る電車の中を見ようとしていることからエルは、キラがその車中にいたかもしれないと推理した。

夜神家・北村家に監視カメラと盗聴器を仕掛けた後も、キラによる殺人は絶えず行われていることから、Ｌは両家のカメラを取り外すことを捜査本部へ発表した。しかし、レイ＝ペンバーが調べていた者の中の誰かがキラであることへの疑いを捨てきれないＬは、両家の中で完璧すぎる月に引っ掛かりを感じ、自ら捜査に乗り出すことを決意する。

負けず嫌いなキラならば必ず"勝ち"にくる。月がキラである可能性が高いことから自ら月の大学に入学したＬは、親睦を深める為にと月へテニスの勝負を挑む。月のプレイスタイルで性格を分析し、反応でキラとの関連性を推測するが、実はＬの提案したテニスの本当の目的は、別にあった。月の動向を深く探りたいＬの本当の目的は月を捜査本部に連れて行くことだった。

さくらＴＶが"キラ"だと名乗る者から送付されたビデオテープを、指定された日時に放映した途端、キラが予告した人物が生放送中に次々と死んで行く。キラの裁きのターゲットは、"キラ"を否定するキラ否定派のコメンテイターやメインキャスターであった。この様子を見て愕然としたＬは、キラのメッセージが世界の人々に放送されることを恐れ、直ぐにさくらＴＶへ放送の中止を呼びかけようとするが、局内の全ての電話が通じない。絶えかねた捜査本部員・宇生田がテープを奪う為にさくらＴＶへ駆けつけ局内に進入しようとした瞬間、逆らった者の見せしめとしてキラに殺されてしまう。

警察がキラに協力しない意思を発表したことから、指揮を執っているLの命を奪うとキラから宣告された翌日。第二のキラの可能性を伏せながら月に捜査協力をしてもらうことを決意したLは、捜査本部の人間に今までのキラ事件の捜査状況と、第二のキラと思われる人物から送られてきたビデオテープを観てもらい、月がどのように判断するか観てみたいと告げる。そして、もしも自分と同じように「第二のキラ説」の可能性を促したのならば、月への疑いはほぼ晴れたことになると。その後、総一郎から「竜崎が捜査協力を願っている」と連絡を受けた月は、捜査本部の内情と偽キラの正体を本部の人間より早く認知できる願ってもないチャンスだとL達が待つホテル(捜査本部)へと向かう。

Lより早く第二のキラを捕まえたいと考えていたところ、さくらTV宛に第二のキラから一枚の日記が届く。日記には、互いのノートを見せ合おうという本物のキラにしか分からない暗号が隠されていた。メッセージの真意に気付いた月は、この内容がLに悟られぬよう、あくまでも捜査の一環と見せ掛けながら、松田と共に第二のキラに指定された日時に私服で見回りに行くことを理由に、青山で第二のキラとの接触を試みる。

家まで押しかけてきた海砂に死神を見せてくれとせがまれた月は、信用させる為にはやむを得ないと自分のデスノートに触れさせ、海砂にリュークの姿を見せる。海砂にLの名前を見せ、本部もろとも消す計画を立てた月は、自分がキラだということを知る唯一の人間も長く生かしておくことは出来ないと、Lの死後、彼女を始末する決意を固める。

Lの居場所に連れていけば直ぐにでもLを殺すというレムに、月はLを始末する日時と殺し方をよく考えた上で、改めて明日にでも返事をすると約束する。月は電話の会話を警察に聞かれぬよう、連絡手段として海砂が所有する複数の携帯の一つを借り、海砂とレムは月の家を後にした。月は、流河が100％Lだと断定できないこの状況でLを始末すれば、自分がキラだという疑いが濃くなる可能性を危惧するが、Lを事故死で始末すれば証拠は残らないだろうと賭け、明日がLの命日だと決意を固める。

海砂がデスノートの所有権を放棄したことで、二冊のデスノートの所有者になった月は、海砂が持っていたノートの所有権を放棄し、再びレムに返却をする。そして月は次に自分が「捨てる」と口にした時、文脈に拘らず”ノートの所有権を放棄”するという意味でとらえるようリュークに告げる。一方、捜査本部ではデスノートに関する記憶を失った海砂が目を覚まし、月は自分の”彼氏”であることを認める。

監禁50日目。キラが犯罪者の裁きを開始してから一ヶ月以上が経過しても、一向に月と海砂の監禁を解く様子のないＬに苛立ちを感じ始めた相沢は、キラ＝月という推理が外れたことを認めたくないから監禁を解かないのではないかとＬを問い詰める。他に疑う者がいないことから月に固執していたＬは、相沢の言葉を聞きいれ、総一郎に２人の監禁を解く為の条件を直接話したいと本部へ戻ってくるよう告げる。

捜査本部が、Lの建設したビルへと移動してから数日後。月＝キラだと断定していたLは、月と海砂を監禁した時の２人の様子からキラの力は人を渡っていくかもしれないと推理するが、何者かのキラが誰かを操り犯罪者を殺し、操られた者が捕まるとその能力を他の者に移し、記憶は抹消されるとするならば、自分がいくら命をかけて捜査をしても本物のキラは捕まえられないかもしれないと気を落とす。

海砂のマネージャーとして海砂と共にドラマのロケ地に訪れた松田は、その付近 に立つビルの一つが、捜査本部が目を付けている「ヨツバグループ東京本社」で あることに気付く。以前から捜査本部で自分だけが目立った活躍をしていないこ とを気にかけていた松田は、ここで手柄を立てようと、ヨツバ社内へと侵入する。

ヨツバグループにとって邪魔な人間の誰を・いつ、キラに殺してもらうかを決定 する為の会議の盗聴に成功した捜査本部は、人の命を簡単に扱うヨツバ幹部の冷 酷さに唖然とする。こちらで作成したLについての報告書をコイルから受け取っ た幹部は、肝心なLの顔や名前が載っていないことに不服を感じるが、金曜・土 曜にヨツバにとって有利に働く死が毎週では、Lがヨツバ=キラと関連付づける事 は絶対にないとは言えないとヨツバに忠告をし、自分達が行っている行為をここ まで調べ上げたコイルに危険を察した幹部は、報告書の内容を鵜呑みにする。

海砂を囮にキラの特定を考えたＬは、コイル（アイバー）からヨツバに｢弥 海砂はＬを知っているかもしれない。弥をヨツバのＣＭに起用し、Ｌについて聞き出す事を奨める｣と報告をさせる。Ｌの計算通り報告書に食いついたヨツバは、Ｌを探すのはコイルの仕事でもあると、コイルをヨツバ社員として迎え、海砂を会社のイメージガールに起用したいと面接を要求する。

Lは、もしも火口がキラの能力を持っているのならば、誰にも告げずに裁きを止め、力を持っていないのならば会議を開き、｢第二のキラを引き込む為に裁きを止めろ｣と指示をするはず。だが、そんな火口の個人的意思にキラが応じることは考えにくいと告げ、どのような結果になったとしても、このまま犯罪者殺しが止まれば火口がキラの能力を持っていることに間違いはないだろうと断言する。

計画通りに誘い出された火口は松田を始末する為、海砂の事務所へと侵入し、引き出しから松田の履歴書に記された名前をデスノートに書き込み、履歴書を元に位置に戻した後、直ぐさま事務所を後にする。Lと月は、わざわざ履歴書を元の位置に戻したこと、松田の名前をメモした途端に冷静さを取り戻した火口の行動に疑問を感じる。

身柄を拘束され、殺しの手段を訊ねられた火口は、デスノートの存在とルールを明かす。半信半疑でノートを手にした総一郎と模木は、デスノートに憑いている死神・レムを目にする。ノートに触れた者だけが死神の存在を確認出来ることに気付いたＬもデスノートへ手を伸ばす。同様に死神を目の当たりにしたＬは、ノートがキラの殺人の手段であれば、キラ・第二のキラの二人が存在していたことから、ノートは２冊以上あり、まだ事件は解決していないと推理する。

月の為なら死をも厭わない性格を利用され、月の命令でヨツバキラ死亡後に裁きを再開する海砂。月は、解放された途端に裁きが再開されたことで、再び海砂が疑われる状況を意図的に作り出す。このままではＬに再逮捕され、それを防ぐには自分がＬを殺すしかない事を気付かされるレムは、全ては月の計画通りであることを悟る。

Ｌの死亡後。Ｌの設立した捜査本部のシステムを持ち出していた月は、Ｌがこれまでキラ事件に関して調べてきた調査報告書を発見する。あと一歩でキラ事件の真相に辿り着くＬの推理力と行動力に、月は改めて息を呑む。世界の警察を動かせる唯一の人間であるＬが居なくなった今、捜査を続ける為にはＬの死を隠し、Ｌと捜査しているとみせかけなくてはいけない。日本捜査本部からの推薦で二代目Ｌを継いで欲しいとの要望を受けた月は、全てが自分の思惑通りに進む現状に｢Ｌがいないと全てがぬるい｣とほくそ笑み、二代目Ｌを引き受ける。