恐るべき透明人間の存在が新聞によって報道され、その正体は中里博士であるという風聞が広まる。研究所を警察に調べられ、真知子は思い悩む。兵庫県警の松原捜査主任は、研究室の薬品と資料の秘密戸棚を見つけ出し、中里博士の日記に「私が失踪したら、研究の権利を河辺一郎に譲る」と書かれていることに注目する。日記からは、透明化薬を使ったら死ななければ元には戻れないことが判明する。真知子が瀬木にアプローチしているところに河辺が訪れ、瀬木と真知子の仲を裂こうと画策して瀬木に「黒川君は誘拐されたんだよ」と教えたため、瀬木は河辺に疑念を持ち、警察を訪れて松原捜査主任に相談する。その結果、河辺の正体が宝石ブローカー団のボスであることが判明する。
河辺はダイヤを預かっている龍子に接近し、瀬木は河辺が怪しいことを龍子に告げ、協力を依頼する。河辺は龍子からダイヤを預かった真知子を車で連れ出させ、途中で包帯男に奪わせる。その包帯男は河辺の部下であり、中里博士に罪を着せつつダイヤを奪おうとしたが、松原捜査主任が張り込みさせた警官たちに捕縛される。そこへ透明人間が現れ、包帯男を口封じに刺殺してダイヤを一味に届けるが、一味は偽ダイヤと知る。
瀬木がいる研究室に透明人間が現れ、正体を明かす。それは黒川であり、透明人間が中里博士でないと知った瀬木は安堵する。透明人間・黒川がタバコの煙を燻らせながら、いきさつを話し出す。数日前、中里博士の使いと称する男性たちに連れ去られていた黒川は、中里博士の身代わりの実験台として、元の姿に戻れる還元薬があると信じ込まされたまま、透明化薬を処方して透明人間になった。一味は「アムールの涙」を奪ってきたら還元薬を渡すと偽り、凶暴になりつつあった彼を使ってダイヤを手に入れようとしていたのだ。黒川から「還元薬をくれ」と言われるが、瀬木は還元薬が完成していないことと、死ななければ元の姿に戻れない事実を言い出せない。そこへお茶を持ってきた真知子は、そこに黒川がいるとは知らずに、瀬木に求愛する。真知子に裏切られたと思った黒川は、窓を突き破って去る。