Marceau Léonetti (Lino Ventura), un inspecteur principal de la police judiciaire aux brillants états de service, décoré de la Légion d'honneur, arrête un jeune homme en état d'ivresse s'amusant à faire des tours dans un rond-point au volant d'une Mercedes 300 SL, portes papillons ouvertes. Alors qu'il l'emmène au poste, le prévenu lui dit, avec mépris, qu'il est le fils d'un célèbre avocat et qu'il aura de ses nouvelles. Deux mois plus tard, Léonetti est convoqué par son supérieur. En effet, le célèbre avocat a rédigé un rapport qui déforme complètement les faits en faveur de son fils et qui fait passer Léonetti pour un policier tellement enclin à la violence qu'il ne devrait même plus avoir sa place dans la société actuelle. Pour calmer l'affaire, Léonetti est provisoirement muté dans un petit commissariat de quartier.
À son nouveau poste, il est bientôt chargé de traquer les pervers qui sévissent dans les salles de cinéma. Pour servir d'appât dans cette mission, on lui adjoint une nouvelle auxiliaire de police, Jeanne (Marlène Jobert), une jeune femme de Lyon qui a abandonné des études de Lettres.
Un jour, le commissariat pour lequel il écume les cinémas le charge d'une nouvelle mission : rechercher un témoin, parti sans laisser d'adresse et disparu depuis cinq ans. Il s'agit d'un certain Roger Martin (Philippe March), un comptable, qui pourrait jouer un rôle capital dans le procès d'un célèbre truand, Soramon, qui doit avoir lieu huit jours plus tard. Ses collègues insinuent que cette enquête serait purement formelle, car le temps imparti serait bien trop court pour retrouver un témoin disparu depuis si longtemps. En réalité, même s'ils se gardent bien de le lui dire, les collègues de Léonetti connaissent ses capacités et son acharnement, et estiment qu'il est leur dernier recours et réussira peut-être là où tous les autres ont échoué.
Léonetti et sa jeune assistante se mettent immédiatement à la recherche du mystérieux Martin. Au départ, ils n'ont qu'une seule piste : le dernier domicile connu de Martin, dont ils ne possèdent même pas une photo. Pourtant, dès le premier jour, ils découvrent deux nouveaux éléments : d'abord que Martin a un enfant avec lui et, ensuite, que des complices de Soramon sont aussi à la recherche du mystérieux témoin.
Le deuxième jour, ils apprennent que Martin est veuf et qu'il vit avec sa fille de douze ou treize ans. Dans cette course contre-la-montre, ils vont ensuite découvrir que la petite fille est malade et prend certains médicaments. Avec ces indices, ils finissent par arriver à leurs fins, non sans avoir dû se confronter aux hommes de main de Soramon.
Martin témoigne au procès et Soramon est condamné. Le lendemain, le témoin qui avait jusque-là pris tant de précautions, laissé seul, est poignardé par l'un des hommes du truand, sous les yeux de sa fille. Bouleversée, Jeanne démissionne de la police.
Sur la musique de François de Roubaix, la dernière image du film propose, en guise d'épilogue, une phrase de Mihai Eminescu : « … car la vie est un bien perdu quand on n'a pas vécu comme on l'aurait voulu », qui résume la déception professionnelle de l'inspecteur Léonetti.
34, rue de Rivoli : Marceau et Jeanne sont au cabinet du docteur Silberstein qui a délivré le permis d'inhumer de Rachel Martin, épouse de Roger Martin et mère de Marie,
Dans les immeubles du nouveau quartier situé sur le périmètre de l'ancien îlot insalubre (îlot no 13) situé autour du boulevard Auguste-Blanqui, de la rue de la Santé et de la rue de la Glacière ;
Carrefour des Anciens-Combattants : devant le Pavillon des Princes, lieudit du parc des Princes, au rond-point où l'homme en état d'ivresse est arrêté au volant de sa Mercedes. L’homme en question s’appelle Henri de Faylac, fils de l’avocat Philippe de Faylac, cette arrestation causera quelques désagréments à Marceau Léonetti,
Val-de-Marne : Cachan, allée de Bellevue et sentier des Sablons où Marceau et Jeanne viennent interroger monsieur Lenoir, un ancien concierge de Roger Martin ;
.svg){kind=small}
