在旅行的列車上，美雪（鈴木杏 飾）再次邂逅了金田一（松本潤(rùn) 飾），并追隨于他。同伴用手中的DV記錄著發(fā)生的一切。某夜，一個(gè)木偶團(tuán)長(zhǎng)不幸被害。案發(fā)后，警探發(fā)現(xiàn)他原本在車廂里的尸體不翼而飛，于是引起了一陣騷亂。探長(zhǎng)決定在一家酒店暫時(shí)住下，找尋犯罪嫌疑人，金田一等人也一同前往。后來(lái)，根據(jù)案情，嫌疑人被鎖定在木偶團(tuán)體成員之中，探長(zhǎng)想通過體重以縮小搜查范圍。但是，一個(gè)女成員的意外死亡，卻讓金田一發(fā)現(xiàn)了隱藏的秘密，并由此揭開了一樁塵封多年的舊案真相……
本片根據(jù)天樹征丸的漫畫改編，除上述特別版魔術(shù)列車殺人事件外，還包括以下6個(gè)事件，分別為幽靈客船殺人事件、法蘭西銀幣殺人事件、黑死蝶殺人事件、速水玲香誘拐殺人事件、魔術(shù)的森殺人事件和露西亞人形殺人事件。
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