在行驶的列车上，美雪（铃木杏 饰）再次遇见了金田一（松本润 饰），并跟随其后。同伴用手中的DV记录下了发生的一切。一天晚上，一名傀儡头目不幸遇害，事发后，刑警发现原本在车厢内的尸体不见了，引起一阵骚动。刑警决定暂时入住酒店寻找嫌疑人，金田一等人也随行。后来根据案情，嫌疑人被锁在傀儡集团成员之中，刑警想通过重量级人物缩小搜索范围。然而，一名女性成员的意外死亡，让金田一发现了隐藏的秘密，并由此揭开了一桩被封存多年的旧案真相……
本片改编自天枢正万的漫画。除了上述特别版魔幻列车杀人事件外，还收录了以下6起事件，分别是幽灵客船杀人案、法国银币杀人案、黑色死蝶杀人案、速水玲花绑架杀人案、魔法森林杀人案以及露西亚人形杀人案。
