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東京月島の運河に、都内にある有名病院の事務責任者・田久保涼子(岩本千春)の溺死死体が上がった。涼子が勤める武田メディカルクリニックは、院長の武田信太郎(布施博)の経営手腕が注目される一方、経験の浅い医師による医療事故訴訟も抱えていた。涼子は武田の右腕としてそれらの裁判をすべて有利に進めており、病院と武田、涼子を恨んでいる者は多い。
涼子の足取りを調べた十津川警部(渡瀬恒彦)は、奇妙な事実に直面する。運河で死んだと思われる時刻に、涼子は寝台特急はやぶさに乗っていたというのだ。車掌の証言と車内に残っていた指紋がそれを裏付ける。
一方、東京駅の監視カメラには涼子とその他に二人の意外な人物が映っていた。弁護士の高木美奈子(沢田亜矢子)と十津川の恩人でもある元刑事の大野雄吉(江原真二郎)である。高木と大野も涼子と同じはやぶさに乗り合わせており、二人は武田メディカルの事故で家族を失った被害者でもあった。
高木弁護士は武田メディカルで起こった数々の医療事故を告発していたが、金にものを言わせ買収もいとわない武田と涼子の前にことごとく敗れていた。
涼子の死と医療事故の関係は? 十津川と亀井刑事(伊東四朗)は、はやぶさのダイヤの盲点を突いた驚きの殺人トリックを推理する。
さて、九州出身の武田がはやぶさに乗って帰省することになった。十津川と小西刑事(中西良太)、村川刑事(古川りか)も列車に乗り込んだ。夜の闇を列車が進む… その時、警視庁の捜査一課に、はやぶさを爆破すると電話で犯行予告が入る!