新一季中，莱特曼集团的经营似乎陷入最困难的时期，集团与FBI的长期合作宣告终止，卡尔·莱特曼博士（蒂姆·罗素 Tim Roth 饰）签约的新书迟迟未能完成，面临对簿公堂的窘境，而这位拥有极高才华的天才博士和家人、同事之间的关系也变得颇为复杂。他与女儿艾米莉（海莉·麦可法兰德 Hayley McFarland 饰）相互依存，女儿有时会反抗父亲的强势，扮演着母亲的角色；他和吉莉安·福斯特（凯利·威廉姆斯 Kelli Williams 饰）的关系暧昧不清，相互试探，又颇显紧张。与此同时，各种各样棘手案件纷至沓来，银行抢劫案、文物展览会盗窃案、矿井爆炸案、宗教团体事件……无一不对莱特曼提出最严峻和最危险的考验。
在旅行的列车上，美雪（铃木杏 饰）再次邂逅了金田一（松本润 饰），并追随于他。同伴用手中的DV记录着发生的一切。某夜，一个木偶团长不幸被害。案发后，警探发现他原本在车厢里的尸体不翼而飞，于是引起了一阵骚乱。探长决定在一家酒店暂时住下，找寻犯罪嫌疑人，金田一等人也一同前往。后来，根据案情，嫌疑人被锁定在木偶团体成员之中，探长想通过体重以缩小搜查范围。但是，一个女成员的意外死亡，却让金田一发现了隐藏的秘密，并由此揭开了一桩尘封多年的旧案真相……本片根据天树征丸的漫画改编，除上述特别版魔术列车杀人事件外，还包括以下6个事件，分别为幽灵客船杀人事件、法兰西银币杀人事件、黑死蝶杀人事件、速水玲香诱拐杀人事件、魔术的森杀人事件和露西亚人形杀人事件。
