En el Madrid asediado de los últimos días de la guerra civil, una joven es fusilada junto al cementerio del Este. Las extrañas circunstancias que rodean aquel ajusticiamiento, unidas a otros crímenes sin conexión aparente, precipitarán a Claudio Ballesteros, policía de la brigada de investigación criminal, en una investigación contrarreloj que ha de ser resuelta antes de que las tropas del general Franco entren en la capital. Cuando el cielo se caiga es una intriga policíaca con el dramático trasfondo de una ciudad a punto de derrumbarse.