札幌に到着した寝台特急「カシオペア」車内で若い女性の刺殺体が発見された。現場となったのは展望室タイプの最上級スイート個室。その部屋の男性客は姿を消していた。妻との旅行で同じ列車に乗り合わせた警視庁の退職刑事・内山には、男性客とどこかで会っている記憶があった。北海道警の捜査に協力した内山は、元上司の十津川警部に連絡。やがて八カ月前に渋谷で起きた資産家殺しとの関係が浮上した。その事件は容疑者の自殺で決着していたが…。消えた男性客の正体と行方は？複雑に交錯する謎に十津川が挑む。