出版社勤務の星野は、山手線内で乗り合わせる美女に憧れ「山手線の恋人」と呼んでいた。その女性が山手線新駅工事現場で発生した脱線事故で負傷する。工事を請け負う会社の作業員の大量失踪、品川駅の爆破予告などの事件が警視庁に降りかかる。密かに想う女性の正体は？十津川警部が巨大な事件の犯人に迫る。