◇第一部－－“ＨＯジョー発爆弾”という名の爆弾の実験が行われた時、怪しい笑声を残して消えた影があった。発明者の中山博士は自分の研究室からジョー発爆弾の機密入りのカバンが盗まれたことを知った。どくろ仮面の仕業だった。しかし、カバンの中は空だった。博士は名探偵祝十郎に連絡したが、彼はどくろ仮面の罠にかかりインドへ飛び立っていた。博士の娘あや子がどくろ仮面の一味タイガーに拐われかけたとき、「月よりの使者・正義の味方・月光仮面」という男が現れ、彼女を救ったのである。どくろ仮面は赤星博士になりすまし、宇宙科学研究所の会議に出、ＨＯジョー発爆弾の保管輸送方法を探り、その途中を襲った。インドへ向ったはずの祝探偵は、この計画を見破り、運転手に化けて乗り込んだ。しかし、どくろ仮面はカバンを強奪して逃げた。探偵の助手五郎八が一度とり戻したが、また奪われる。月光仮面が現れ、どくろ仮面を追った。どくろ仮面は口中から焔をふき出す。橋上の大格闘。カバンは橋下の貨車の上へ。月光仮面はヘリコプターで汽車を追い、カバンを拾うと、空に消えた。どくろ仮面はタイガーの姉・女中ユリを使ってあや子を連れ去ろうとしたが、祝探偵が駈けつけた。中山博士と木の実少年が、どくろ仮面のアジトに連れられ、機密を責められる。その時、月光仮面が現れ、どくろ仮面は火を吐きながら逃げた。 ◇第二部・絶海の死闘－－爆弾の所在を示す地図の入ったあや子のロケットがどくろ仮面に奪われた。ところが、それは偽ものだった。祝探偵がスリ換えておいたのだ。どくろ仮面は先に捕った仲間のユリ・タイガー兄妹を差し入れに仕組んだ時限爆弾で殺そうとしたが失敗した。が、タイガーはすべてを告げようとしたとき、突然狙撃されて死んだ。祝探偵は黒衣の怪人を捕えかけたが、男も地上に落ちて死ぬ。－－それからのちも、月光仮面は何度も博士を救うのである。どくろ仮面は業をにやし、機密を渡さねば博士を殺すと、祝探偵に挑戦状をつきつけた。祝は設計図のありかを示す地図をどくろ仮面に持たせた。が、博士はどくろ丸に連れ去られた。祝は輩下になりすまし、ユリと共にどくろ丸に乗りこんだ。しかし、どくろに見破られ、海中に逃れた。設計図のある一本松の洞穴に、どくろ仮面一味が着いたとき、すでに月光仮面が先廻りしていた、彼はどくろ仮面（実は赤星博士）を追いつめた。どくろは海中へ墜落した。中山博士らは全員無事だった。祝探偵の姿が見えない。彼が現れたとき、その近くに月光仮面の置手紙があった。“爆弾の機密は人類の平和がくるまでお預かりする。”