在紧跟青梅竹马小兰（松岛菜菜子 饰）的劝说下，工藤新一（染谷将太 饰）勉强决定乘坐前往京都的航班，只为了观摩当地正在拍摄时代剧的著名演员毛利小五郎（堺雅人 饰）的精彩演出。在飞行途中，名为大鹰和洋（加藤浩次 饰）的摄影师偶然被发现在洗手间内的尸体，让整个机舱陷入恐慌。新一立刻展开推理，在1万英尺的高空中揭开真相。最终，一行人抵达京都的摄影所，却接到了针对男主角樱庭（三浦春马 饰）的谋杀预告。不久之后，又有一名女演员惨遭杀害。新一和对手服部平次（山田裕贵 饰）展开一场紧张刺激的推理对决……