스무고개 탐정2 고양이 습격사건은 초등5학년 문양이가 명규가 밤마다 몰래 어딘가를 가는것을 미행하면서 이야기는 시작된다. 어느날 남몰래 길고양이를 돌보는 명규에게 고양이가 실종되는 사건이 벌어지며 스무고개 탐정에게 ’잃어버린 고양이와 범인을 찾아달라’는 의뢰를 하게된다. 스무고개 탐정은 사건을 의뢰 받을 때부터 뭔가 불안감을 느낀다.스무가지 질문으로 사건을 진행하던 도중, 목격자들의 진술과 증거물들이 일치하지않자 질문형식을 바꾸기로 결정한다. 사건을 진행되면서 범인이 한명이 아닌 세명이란 것을 알게 되었다. 결국 문양이의 누명도 벗을수 있게 되었고, 누군가의 지시로 길고양이를 못살게 굴었던 범인을 잡았지만 또한명의 미스테리 범인은 잡지 못했다. 스무고개탐정의 초등학교3학년때의 사진이 받으면서 또 다른 사건이 생길것이라는 암시를 주며 책의 내용이 마무리 된다.