三雲華（深田恭子）と渉（栗原類）が泥棒衣装で逃亡する姿が何者かに撮影された。
尊（渡部篤郎）はてんとう虫3号調査隊を放ち、撮影位置を特定。そこに残されたバイクのタイヤ痕を辿り、犯人のアジトを突き止めた。アジト内部に潜入したてんとう虫3号が送信する映像には、かつて戦った女泥棒、双葉美羽（田中みな実）の姿が映し出される。美羽はある目的のために、手下の大岩（本間朋晃）、依田（真壁刀義）の手引きで脱獄していた。
美羽たちに“Lの一族”が生存している証拠を隠滅させるため、アジトへの潜入を計画する尊。だが、華と尊は顔を知られているため、警戒が厳重なアジトへの接近も難しい。そこで尊は、渉に造らせた秘密道具を家族たちに装着させる。
北条美雲（橋本環奈）は、和馬（瀬戸康史）に交際を宣言するが、二度と誰かを愛せないと断られてしまう。山本猿彦（我修院達也）に和馬への恋心を指摘されるが、美雲は和馬への接近はあくまで“Lの一族”を暴くためだと主張。美雲の和馬への関心はさらに昂まった。
渉の秘密道具は、効力を発揮する。それは人と人の意識を入れ替える装置、てんとう虫3号“転校生”。尊は自分が悦子（小沢真珠）、華がマツ（どんぐり）の体に乗り移り、美羽のアジトへの潜入を図ろうとしたのだ。
試しに装着してみると、華とマツが入れ変わってしまう。渉はすぐに元に戻そうとするが、マシーンに不具合が発生した。そんな時に限って、華は杏（小畑乃々）の学校から呼び出される。杏が男の子に押されて怪我をしたのだ。
その男の子はいつも杏に意地悪をしているらしい。華は自分の姿をしたマツに杏を会わせられない。マツの姿のまま、杏に言い聞かせる華。だが、待たせていた華の姿のマツが消えてしまう。
美羽は、和馬たち警察も追っていた。和馬は、差出人不明の封筒を受け取り、1人で出て行くのだが、美雲は不審な行動をする和馬の追跡を始める。
和馬を呼び出したのは美羽。美羽は愛する人を守りたければ自分について来いと和馬にスマートフォンの画面を見せた。そこには、囚われた華の姿が…。そこに、美雲がやって来る。だが、美雲はスタンガンで気を失わされてしまった。
マツの姿をした華は、尊たちに報告。美羽のアジトの映像を見ると、和馬も囚われている。美羽は、2人に愛を見せろと迫っていた。美羽は、以前戦った時に華が言った愛を守るという言葉から、愛が何かを求め続けているらしい。
そして美羽は、2人を閉じ込めた部屋に毒ガスを放つ。だが、ひとつだけ防毒マスクが置かれていた。美羽はこのマスクをどう扱うかを見て、2人の愛を探ろうとしていたのだ。
意識を取り戻りた美雲は、和馬に付けたGPSを辿り、美羽のアジトに迫っていた。
一方、尊たちはアジトへの潜入を試みようとする。だが、アジトの周辺には地雷原が用意されていた。渉はてんとう虫3号で地雷の位置を特定していたが、避けて侵入するのは時間がかかり美羽たちにバレてしまう。そこで、尊は美羽たちを外へ誘き出すことにした。
現れたのは円城寺輝（大貫勇輔）。美羽たちは、円城寺の歌につられてしまう。その隙に、マツの姿の華と悦子が地雷原をかいくぐろうとするが、渉はてんとう虫3号の充電が切れそうだと自爆させて地雷を誘爆。悦子とマツの姿の華が爆発に巻き込まれてしまう。
だが、その爆発のためか、華とマツの意識が元に戻った。
閉じ込められていた華は、システムダウンで解錠した扉を抜けて、美羽たちを始末に行く。毒ガスで応戦する美羽に追い詰められそうになった華を和馬が助けた。
そして、華と和馬はコンビで愛のLの手刀を繰り出し、美羽を撃退する。そこに、爆発音を聞いた美雲がやって来た。だが、すでに和馬と倒れた美羽たちだけで、華の姿はない。しかし、美雲は現場に“Lの一族”に関する証拠写真を見つける。それは杏の写真だった。
翌日、美雲は、登校する杏に和馬の写真を見せる。誰かと問う美雲に、杏はパパだと答えてしまった。
その頃、華のマンションに警報音が鳴り響いて…。
