在旅途中,美雪(铃木杏饰)在列车上遇到金田一(松本润饰)并跟随着他。她的同伴用DV记录下所发生的一切。一天晚上,一位木偶剧团的团长被谋杀。警方发现他的尸体神秘失踪,引发了一场混乱。为了缉拿嫌疑人,探长决定在一家酒店暂住,金田一等人也跟随而去。逐渐,嫌疑人被锁定在木偶剧团成员当中,探长想通过体重缩小调查范围。然而,一名女成员的意外死亡,让金田一发现了隐藏的秘密,并揭开了一桩多年前的旧案真相。
本片改编自天树征丸的漫画,除了特别版魔术列车杀人事件外,还包括幽灵客船杀人事件、法兰西银币杀人事件、黑死蝶杀人事件、速水玲香诱拐杀人事件、魔术的森杀人事件和露西亚人形杀人事件。