昭和8年2月。下関港に一人の小柄な男がいた。勝呂武尊(すぐろたける)(野村萬斎)。日本全国を震撼させた「いろは殺人事件」を解決し、一躍有名人となった名探偵である。小倉の軍事施設で起きた殺人事件を解決した勝呂は、これから下関駅に向かい、特別急行東洋に乗ろうとしていた。特急東洋は、下関と東京を結ぶ日本初の寝台付き列車。皇室関係者や政府の高官も利用する最新鋭の超豪華列車。ところが2月だというのに、特急東洋の寝台は満席。たまたま下関で再会した鉄道省の役人・莫(ばく)(高橋克実)の計らいにより、勝呂は無理やり一等寝室を確保してもらう。朝、下関を出発する特急東洋。東京に着くのは翌日の朝である。食堂車で勝呂は、実業家・藤堂(佐藤浩市)から身辺警護を頼まれる。だが彼の横柄な態度に勝呂は申し出を拒絶した。翌朝、岐阜の山中で、大雪のために列車は身動きが取れなくなっていた。その中で、藤堂が客室内で他殺体となって発見される。莫は、勝呂に協力を依頼。状況証拠から、犯人は寝台車の乗客の中にいると判断した勝呂は、線路が復旧するまでに事件を解決してみせると約束する。勝呂は、犯人の動機は「復讐」であると推理する。莫と医師の須田(笹野高史)を助手代わりにし、車掌の三木(西田敏行)を使って、寝台車の乗客12人を1人ずつ尋問していく。その12人とは、身分も職業も全く違う人々。被害者の秘書・幕内(二宮和也)、執事・益田(小林隆)、おしゃべりなマダム・羽鳥夫人(富司純子)、教会で働く呉田(八木亜希子)、轟侯爵夫人(草笛光子)、外交官の安藤伯爵(玉木宏)、安藤伯爵夫人(杏)、能登陸軍大佐(沢村一樹)、万年筆の販売員・羽佐間(池松壮亮)、博多の輸入自動車のセールスマン・保土田(藤本隆宏)、家庭教師の馬場(松嶋菜々子)、轟侯爵夫人のメイド・昼出川(青木さやか)。この中に犯人は必ずいる。警察の助けは一切ない。科学捜査もなかった時代。勝呂は、容疑者たちの証言だけを頼りに、次第に真相へと近づいて行く。長い尋問が終わるころ、灰色の脳細胞を駆使し、名探偵・勝呂は、ある解答にたどり着く。それは、誰もが想像し得なかった驚くべき結論。
そして、第2夜は、三谷幸喜のオリジナル。犯人の視点で再び事件を振り返り、犯行に至るまでの経緯を丹念に描く。それは綿密な犯罪計画に裏打ちされた、驚異の復讐の物語だった。