電車命案
坂西宏是經典一家物產公司的職員，被發現死在一列末班電車里。偵探當時，故事車已到達終點站，目標乘客們陸續下了車，經典只有他臉上蓋著報紙一動不動，偵探電車乘務員這才發現他的故事胸口上插著一把匕首。
負責這起案件的目標是刑警十津川。警方很快確認了坂西宏的經典身份，并通知了他的偵探妻子。發現尸體時，故事坂西宏的目標財物都在，可以排除劫殺的經典可能。據調查，偵探坂西宏生前從未與人結仇，故事這一點，鄰居們都可證明。不過，聽坂西宏的妻子說，坂西宏最近半個月每天加班到深夜，然后才坐末班電車回家。
第二天一早，十津川就去了坂西宏生前工作的公司。管理部長不認為坂西宏的死會和公司有關，說：“我怎么也想不出坂西宏被殺的緣由來，他工作勤懇、認真。”
十津川問道：“聽說，他最近半個月每天都回家很晚，他在忙什么工作?”管理部長有些疑慮，他猶豫了很久，才道出實情。最近有人傳言，公司會計科科長田村晉太郎有侵吞公款的嫌疑，公司專門任命了坂西宏來做這件事，因此他才每天工作到深夜。田村已經被停職，而且他家離案發地僅有十來分鐘的車程。
十津川當即去了田村家，一路上他都在猜想田村會不會是兇手。田村的個子很矮，讓人看著很不舒服。十津川開門見山地問：“坂西宏先生昨天夜里在末班電車上被殺，您知道了嗎?”田村的口氣很不友好，說：“新聞里看到了。”十津川一直對田村的態度耿耿于懷，離開田村家后，他不禁想，這案子十有八九就是他干的，可惜他有明確的不在場證明。這樣看來，現在的問題就是目擊者。
目擊證人
于是，十津川又找到發現尸體的乘務員，據她回憶，死者所在的車廂有十幾個乘客，在她發現尸體前都下車了。她只記得有一個經常坐那班電車的女孩，應該是新宿松葉酒吧的女招待，好像是叫美也子。十津川立馬來到那個叫松葉的酒吧，找到了叫美也子的女招待，她的全名叫堀本美也子。
美也子說，昨晚她的確是坐末班電車回去的，因為喝了些酒，上車后就暈乎乎的，當時車廂里和平時一樣。
“你注意到一個臉上蓋著報紙的人嗎?”十津川問。
美也子搖了搖頭：“沒有。”
十津川又把田村的照片遞過去，問：“你見過照片上的男人嗎?尤其是在昨晚的電車上。”美也子看了會兒照片，還是搖搖頭。十津川心里想，還真是個沒什么用的目擊者。
警方將坂西宏被殺一案登在了報紙上，希望有其他目擊者能提供線索，可幾天過去了，一個電話也沒有。這樣看來，只能繼續從會計科長田村那里尋找突破口了。這天，美也子突然打來電話，她讓十津川過去一趟。十津川當即趕了過去。美也子的家收拾得很干凈，門口的鞋箱里有男人的鞋子，化妝臺上也擺放著男用香水——她有一個固定男友。
美也子將一封信交給了十津川，信封上寫著“堀本美也子小姐收”，既沒有地址，也沒有貼郵票，看來是有人送到她家樓下的信箱里的。十津川打開信，上面寫著：“電車中所見，不準對任何人說，如果報警，必死無疑。”很明顯，這是電車上的兇手寫的。
“我根本沒看見兇手的臉，就算他殺了人，我也沒有看到啊。”
“可兇手認為你看到了，也許在他行兇的一瞬間，你正好在四處張望。”
美也子擔心自己會被滅口。十津川一直安慰她，說道：“警察會保護你的。”
可在回去的路上，十津川也在想，兇手為什么冒著會暴露的風險送來一封威脅信，而不直接將美也子殺死滅口呢?
迷霧再起
為了讓兇手現身，警方決定下一個套。他們一面向記者宣布已經找到了目擊證人，抓住兇手只是時間問題，一面派人監視田村。可很奇怪，田村家靜悄悄的，不像有人的樣子。十津川和同事進到田村家，果不其然，家中空無一人，田村逃走了。十津川思索片刻，又和同事趕往美也子的住處。等他們趕到時，一群記者正從美也子住的公寓里吵吵嚷嚷地出來。十津川詢問后才知道，不知是誰走漏了風聲，說美也子就是警方找到的目擊證人，引來大批記者。好在美也子并無大礙，只催促警方趕快破案。
第二天早上，十津川又去看望美也子，可家中無人開門。他有種不祥的預感，從管理員處拿到鑰匙，打開門，發現美也子穿著睡衣倒在沙發上，已經死了。身旁則有一個小藥瓶和一只玻璃杯——是氰酸鉀中毒。十津川驚呆了，他記得那個小藥瓶是放在書架上的，兇手肯定是混在昨天的記者中間，進屋后把毒藥悄悄放了進去。警方從記者處得知，是一個男人給他們打的電話，提供了美也子的信息。十津川拿出田村的照片，問記者們昨天這個人是否混在他們中間，可大家都表示記不清了。
十津川本想給兇手下套，卻把自己給套了進去，致使一個重要的目擊者被殺。他想，這一定是田村干的。于是，警方開始大范圍地搜捕田村，并發出了全國通緝令。通緝令發出的第十天，有人在一個雜木林里發現了田村的尸體，也是氰酸鉀中毒，已經死了十天左右，死亡時間正是通緝令發出后不久。
大家都認為這是田村畏罪自殺，案件到此也可以告一段落了，可十津川一直搖頭，說：“不對，田村不是自殺，他如果要自殺，為什么要跑到這荒山野嶺來?另外，美也子應該也不是他殺的，因為他即使把毒藥放進了藥瓶，又怎么知道美也子一定會喝下去呢?”
兇手現身
不過，十津川雖然懷疑田村不是自殺，但他對誰是兇手這個問題，一點線索也沒有。十津川再一次來到第一起命案發生現場不遠處，看著電車在面前呼嘯而過。他把自己代入案件中想了想，自己要殺死末班電車里的乘客，如果是他，應該絕不會在這個時候動手，電車靠近終點站時人已經很少了，很容易被其他乘客發現。可兇手還是選擇在末班電車里殺了人，這樣做，一定有他的理由。突然，十津川腦子里閃出了一個想法：會不會是兇手為了隱藏動機，殺死了一個與自己無怨無仇的人?
十津川的眼睛突然亮了，其實真正的兇手就躲在這個“動機”里，因為他雖然殺死了坂西宏，但坂西宏并不是他的真正目標。兇手真正要殺死的，其實是車廂里的另一個人——堀本美也子。如果兇手直接動手殺死美也子，很快就會被懷疑，于是他先殺死了與自己毫無關系的坂西宏，這樣一來，警方就會去調查那些有動機殺死坂西宏的人，比如田村晉太郎。接下來才是堀本美也子，兇手讓她看起來是作為目擊證人而死，就是為了讓田村再次成為嫌疑人。
這樣一來，美也子被毒殺的疑問就解開了，兇手一定和她熟識，可以隨意進出她的家，知道她睡前用紅酒喝藥的習慣。至于田村，一定是被囚禁在某個地方。弄清這些，十津川迅速去美也子的家中，他又看到門口的男鞋和梳妝臺上的男用香水，這些東西就是兇手留下的。他仔細搜查這個男人留下的痕跡，終于在一本書里找到了美也子和這個男人的一張合照。照片上的男子衣服上別著一枚徽章，后來經過技術人員辨認，確定該徽章屬于日本國立銀行。
接下來事情就簡單了，該男子是國立銀行新宿分行的行長，叫柳昭明，四十歲，已婚，和美也子保持情人關系已經一年多了。后來，警方從美也子家的藥瓶上提取的指紋，證實就是柳昭明的，面對警方的指控，柳昭明最終俯首認罪。