有楽町の出版社に勤める星野は山手線で見かける美女に憧れ「山手線の恋人」と呼んでいた。星野は、故人の作品を再刊するために娘を捜す過程で見た顔写真が「山手線の恋人」と似ていることに気づく。一方、田町−品川間の山手線新駅工事現場近辺での脱線や、爆破予告などが続けざまに起き、そこにも彼女の影が。そして捜査にあたる十津川警部を嘲笑うかのように、新たな事件が発生！　「恋人」の正体は？ 連続事件の真相とは？