十九世紀末的俄羅斯帝國境內，前憲兵團司令、現西伯利亞總督赫拉波夫在莫斯科前往任職地的專列上離奇遇害。案發現場位于戒備森嚴的大臣車廂，當值衛兵指認兇手為負責其安保的國會議員埃拉斯托·彼得羅維奇·方多林。然而當調查人員赴莫斯科核實方多林身份時，發現行兇者系冒充國會議員的神秘人士。被誣陷的方多林隨即展開獨立調查，通過車廂遺留線索鎖定兇手系擅長易容術的職業殺手，并發現死者生前曾迫害過革命者家屬的隱秘往事。隨著列車員、侍從等關鍵證人接連遇害，方多林借助犯罪學知識和敏銳推理，在列車抵達終點前識破兇手偽裝成列車長的脫身計劃，最終在鄂木斯克車站將其逮捕歸案。