1983年冬天，田島百合子成為了一家酒吧的陪酒女郎，酒吧的老闆娘人還不錯，對她也照顧有加。但是，田島百合子除了告訴老闆娘，自己結過婚，還有一個十歲大的孩子，其他的家事都不願意對她說。
隨著歲月的流失，百合子在這家酒吧過得不錯，她與客人的關係也很好，認識了一個名叫錦部的男人。錦部因為經常來酒吧，兩人也慢慢產生好感。十幾年過去了，百合子因為心力衰竭不幸去世了，酒吧老闆娘第一時間打電話告訴了錦部，錦部知道後，非常傷心，他給了老闆娘一個百合子兒子的電話號碼和地址，就消失了。
對於母親的突然逝世，加恭賀一郎沒感到特別的傷心，在他十歲的時候，母親百合子就已經離家出走了。看著母親的遺像，他感覺到一股學院的力量在慫恿他去了解自己的母親。
東京的一間出租屋發現了一具女屍，通過DNA比對，死者是一個從事保潔工作的四十歲女性押谷道子，她是被勒死的，已經腐爛好久了。警方通過調查後發現，這間房子的房東越川有重大嫌疑，他在押谷道子死後也神秘失蹤了。
此時，年輕的警官松宮修平說出了自己的大膽猜測，他認為之前在河岸邊發現的被燒焦的流浪漢或許就是越川。那起燒屍案與這起案件或許有關聯，因為流浪漢也是被勒死後焚屍的。然而，通過DNA比對，警方發現兩人卻沒有關係。
松宮走訪了押谷道子生前去過的養老院，養老院的工作人員向他說起，道子在這裡見過一個老人，這個老人是她的初中同學淺居博美的母親。然而，當松宮向這位老人打聽時，這位老人卻情緒激動，說自己不認識淺居博美。
警方猜測，押谷道子或許去見過淺居博美，但淺居博美與越川之前卻沒有任何聯繫。松宮來到淺居博美的住處，淺居博美是一名著名的話劇導演，淺居博美未等他說明來意，就脫口而出稱自己見過押谷道子，押谷道子來找自己是讓她接走在養老院的母親。
但是，母親在自己很小的時候，就拋棄自己和父親，還偷家裡的錢去外面養別的男人，她一直對母親有著深深的怨恨。在離開她家的時候，松宮注意到牆上的一張照片，這是加恭賀一郎與淺居博美在劍道館的合照。他找到了加恭賀一郎，加恭賀一郎回憶起與淺居博美的相識是在一個劍道班，是她主動帶著學生向他學習劍道。松宮向他詳細談起了案件，在加恭賀一郎的提示下，警方重新比對了越川與流浪漢的DNA，發現兩人是同一個人。
在越川家裡，松宮發現一本寫有各種橋的名字的日曆，加恭賀一郎知道後大驚失色，因為，母親百合子的遺物裡也有一本一模一樣的日曆。他帶著越川的人像復原圖找到了酒吧老闆娘，她立刻認出了越川就是與百合子關係很好的錦部。通過對日曆上的這些橋的調查，他們發現每年都有洗橋的節日，很多人都會來這裡聚集慶祝。他們翻看了這些洗橋活動的照片，果然，在這些照片裡，都會發現淺居博美的身影。
在淺居博美同學的口中，他們得知了她的父親當年是跳樓身亡的，還意外知道了她與一位叫苗村的老師在秘密交往，而這位苗村老師也奇怪的失蹤了。加恭賀一郎意識到當年淺居博美藉口帶學生來找自己學劍道是有目的的接近自己。他和下屬再次找到了淺居博美，大膽說出自己的推測，她的父親並未跳樓自殺，謠言是苗村老師散布的，是為了保護你。而下屬通過在衛生間找到的淺居博美的髮絲經過警方比對，發現她與流浪漢是父女關係。案情終於有了突破，越川，錦部和流浪漢是同一個人，是淺居博美的父親淺居忠雄。
二十六年前，淺居博美的父親欠了高利貸，一直被追債的人上門毒打。他帶著女兒逃離，一路上，他對女兒愛護有加。這天，他們在餐館吃飯的時候，一個色咪咪的男人錦部盯上了她，並悄悄告訴她，想掙錢，晚上就到麵包車裡找他。
看著父親空空如也的錢包，淺居博美晚上來到那裡，但是，在掙扎中，她殺死了這個男人。父親知道後，把這個男人毀容了，把屍體丟入大海。告訴淺居博美，去報案稱自己自殺了，然後，父親用錦部的名字生活著。
之後，父女兩人只能偷偷的在賓館見面，父親告訴女兒，自己認識了百合子，這是一個對自己很好的女人。而當苗村老師意外發現了淺居博美的父親還活著的時候，為了維護女兒的前程，淺居忠雄殺掉了苗村老師。此後的很多年，父女兩人的相見只能選擇每年的洗橋大會。
通過多年的努力，淺居博美成為了知名的話劇導演，她邀請父親來看自己的話劇，沒想到被押谷道子發現了，為了女兒，淺居忠雄又再次殺死了押谷道子。他猜測警方馬上會找到他，選擇在河岸邊自焚。看到父親正在澆汽油的淺居博美，心情難以平復，她想到父親說過，最怕的死亡方式就是自焚。她掐死了父親，燒毀了屍體。
日本犯罪懸疑電影《祈禱落幕時》是一部非常燒腦的犯罪電影，改編自東野圭吾的同名小說，影片表現出的無私的父愛令人落淚。