在旅行列车上，美雪（铃木杏 饰）再度与金田一（松本润 饰）相遇，并一路追随。同伴用DV记录着沿途的一切。某晚，一名木偶团长惨遭杀害。案发后，警探发现原本在车厢里的团长尸体离奇失踪，顿时引发一阵骚乱。探长决定带领众人在一家酒店暂作停留，着手找寻犯罪嫌疑人，金田一等人也一同前往。随后，根据案件线索，嫌疑人被锁定在木偶团体成员之中，探长打算通过体重来缩小搜查范围。然而，一名女成员意外死亡，这让金田一察觉到隐藏其中的秘密，并由此揭开了一桩尘封多年的旧案真相…… 本片改编自天树征丸的漫画，除了上述特别版《魔术列车杀人事件》外，还包含《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》这6个事件。