江戸川乱歩の原作を映画化した“少年探偵団”シリーズの第9作。3代目明智を映画初主演の梅宮辰夫が演じている。日本最初の月ロケットが完成した。しかし、怪人二十面相が某国の原子潜航艇を引き連れ、その発射を妨害。明智らの活躍もむなしく、潜航艇からのミサイルでロケットが撃墜されてしまう。開発者の小林博士はすぐに2号ロケットの開発に取り組むが、二十面相はこれも阻止しようと博士の娘・トモ子を誘拐する…。