今回新たに湯川の相棒となるのは吉高由里子演じる岸谷美砂。彼女の役どころは原作にはないオリジナルキャラクター。警視庁捜査一課の女性刑事で、個性が強くデキる女を全面に出すSキャラを演じる。初共演となる福山雅治と吉高由里子の“新生ガリレオ”が怪事件に挑んでいく。
一方前回、新人女性刑事として湯川の相棒となり、原作とは違った絶妙なスパイスを加えた柴咲コウ演じる内海薫は岸谷美砂に任務を引き継ぐ形に。全ては内海も登場する第1話で明かされることとなる！
脚本：福田靖 演出：西坂瑞城、澤田鎌作
出演：福山雅治、吉高由里子、澤部佑（ハライチ）、モロ師岡、渡辺いっけい
- 第1話 幻惑す（まどわす）帰ってきた変人！
- 第2話 指標す（しめす）死を呼ぶ水晶振り子！変人VS美少女
- 第3話 心聴る（きこえる）復讐する亡霊社内連続怪死事件！
- 第4話 曲球る（まがる）姿なき侵入者と魔球の謎！遠隔放火
- 第5話 念波る（おくる）距離200キロの目撃者！双子の神秘
- 第6話 密室る（とじる）VS女性科学者！！空白の20分の殺人術
- 第7話 偽装う（よそおう）壁を抜ける！？天狗伝説殺人事件！
- 第8話 演技る（えんじる）VS狂気の女優 夜空に舞う花火の下で殺人劇場の幕が開く
- 第9話 擾乱す（みだす）狙われた湯川！！悪魔の手の恐怖実験
- 第10話 最終章・聖母の救済-前編-愛という名の完全犯罪！！
- 第11話 最終章・聖母の救済-後編-実に、実に、面白い！！さよなら！湯川先生
- ガリレオXX 内海薫最後の事件 愚弄ぶ
