上野発・特急「ゆうづる５号」の個室寝台で、新井は偶然見知らぬ美女と同室することになった。ところが眼がさめてみるともはやその美女の姿はなく、かわりに彼が慰謝料でもめている銀座のホステスの死体が…。十津川警部が密室で起こった殺人事件の謎を解明してゆくうちに、「女」の哀しい過去が暴かれてゆく。