鉄道模型を販売していた男が東京で殺害された。鉄道マニアの犯行と判断され、「ＳＬやまぐち号」最後の運行を見に現われると踏んだ十津川は山口へ飛んだ。だが犯人の姿はなく、新たに女性の他殺体が発見される。被害者のバッグには「やまぐち号」の模型があった。これは第二の犯行か？やがて鎌倉、京都と相次いだ殺人現場からも鉄道模型が！？犯人からの挑戦状なのか！