鉄道模型「ＳＬやまぐち号」を販売していた男が殺害された。捜査を始めた十津川警部は鉄道マニアの犯行と判断し、「ＳＬやまぐち号」最後の運行地に容疑者が現れるのではないかと山口に向かった。だが容疑者は現れず、新たに女性の他殺体が発見された。被害者のバッグには「ＳＬやまぐち号」の模型が入っており、その後、鎌倉・京都と相次いで発生した殺人事件の現場からも同じように「ＳＬやまぐち号」の模型が見つかる。これらは、殺人犯からの挑戦状なのか…！？