《猎罪图鉴》分集剧情概述如下：
第1集：七年前，神秘女人让画家沈翊画出孩童长大后的样子，但雷队被杀时沈翊却画不出凶手画像。七年后，沈翊应北江分局张局邀请加入，杜城初时拒绝，但在梁毅凶杀案现场，沈翊画出房屋结构图找到关键线索。沈翊与杜城约定画出嫌疑画像，后留在北江分局。
第2集：梁毅死于氰化物中毒，沈翊通过监控视频还原嫌疑人脸，发现嫌疑人被毁容。在找到嫌疑人沈歌后，发现监控录像被改动，刘连明被杀。沈翊重看视频发现新嫌疑人，并通过细节断定沈歌监控被替换。沈歌诉说实情，原来她是受害者之一，为梁毅设计了密室。
第3集：杜城接受沈翊加入，成为搭档。发生抢劫案，沈翊画像成功抓住嫌疑人。学校挖出骨架，沈翊画出受害人相貌，确认是十年前失踪的学生任晓玄。
第4集：沈翊找到瞿蓝心，通过临摹作品找出任晓玄头骨被替换的时间。任母送来日记，记录任晓玄长期受霸凌及倾慕的男生。沈翊组织十年聚会寻找男生，但发现他们与任晓玄死因无直接关系。
第5集：沈翊发现任晓玄日记中天气描述均为假，检测泥土成分推断操场非第一埋尸现场。沈翊从任晓玄习作上找到红色唇印，推断男孩性别为假。通过画像确认男孩是瞿蓝心，瞿蓝心说出真相，任晓玄因绝望自杀。
第6集：吴姐向张局哭诉骗婚杀人案，嫌疑人二审改口供无法结案。沈翊根据褚英子描述画出人像曹栋，深夜走出监狱时竟上了曹栋的车。沈翊暗指谋杀，杜城听懂暗示孤身追踪。
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