在平行世界的日本，铁道国有化根深蒂固。就读于桐生铁道高中的高山直人（福山润 配音）梦想进入国铁担任火车司机，从此过上安安稳稳的生活。为此他进入学生铁道OJT参加培训，并在此结识了性格过激的暴力女樱井葵（沼仓爱美 配音）和头脑简单四肢发达的岩泉翔（日野聪 配音）等人。好不容易通过了OJT的测试，结果直人他们却被分配到了东京中央铁路公安室第四警戒班。原来国铁长期赤字，许多地方线路长期废弃。为此有很多组织以极端的手段要求国家将铁路实现民营化，于是铁道公安队应运而生。直人他们成为铁路上不可或缺的重要存在…… 本片根据丰田巧的轻小说改编。
幽静的轻井泽，金田一一（松野太纪 配音）和七濑美雪（中川亚纪子 配音）与邀请他们的好友——经营电脑系统公司井泽研太郎（内山昂辉 配音）会面。井泽的老主顾火祀集团的青龙社长不久前死于列车事故，在他遇难之前，家中用于黑魔法的人偶消失，但事故当天一个断成两截的人偶突然出现， 与社长死状如出一辙。井泽怀疑这是一起杀人事件，于是拜托金田一找出真正的凶手。在神秘的黑魔法公馆中，金田一一行见到了社长的养子晓（及川以造 配音）、九曜（宫野真守 配音）、星子（朴璐美 配音）以及黑魔法师黑瓜鬼门。人人都有嫌疑，人人都有不在场证明，而死亡事件仍在继续…… 本片为金田一少年事件簿系列20周年纪念作品。
