本作は初期作品の『ある朝 海に』『脱出』（いずれも1971年）や『伊豆七島殺人事件』（1972年）、十津川初登場作品の『赤い帆船（クルーザー）』（1973年）に続く海洋ミステリー作品で、インド洋上でのタンカーの炎上・沈没に始まり、舞台が本土から沖縄、ブラジル、南アフリカ共和国にまで及ぶ、雄大なスケールで描かれた作品である。また後の『消えた巨人軍』『消えた乗組員（クルー）』（いずれも1976年）や『ミステリー列車が消えた』（1982年）などの「消失もの」の嚆矢となる作品でもある。

前2作の『殺しのバンカーショット』（1973年） と『日本ダービー殺人事件』（1974年）で警部だった十津川は、本作では警部補に戻っている。

インド洋上で、58万キログラムの原油を満載した50万トンのマンモスタンカー「第一日本丸」が炎上、沈没した。船長の宮本以下6名は無事救出されたが、残り26名の生死と原因は不明のまま捜索は打ち切られた。しかし数日後、宮本が自宅から散歩に出たまま帰らず、翌朝変死体で発見された。その翌日、警視庁に第一日本丸の生存者6名を皆殺しにするという予告状が届けられた。

十津川警部補が捜査したところ、宮本はブラジル移住を計画したものの家族に言えず断念した形跡が認められた。一方、残り5名は、既に一家でブラジルに移住していた船医の竹田を初めとして、なぜか全員東京から逃走していた。そして、一等航海士の佐藤が高速道路上でM16自動小銃で狙撃されて妻とともに殺された。

事務長（パーサー）の辻が妻とともに野沢温泉に向かったことを知った十津川は、長野県警に夫妻の身柄の確保を要請したが、先に犯人に見つけられて2人ともM16自動小銃で殺害されてしまった。検問で犯人が乗っているという黒のカローラのトランクからM16自動小銃が発見されたことから運転手が逮捕されたが、それは犯人が別人を逮捕させて検問を突破するためにトランクに入れた別のライフルであることが判明した。さらに、クルーザーで南米に向かった二等航海士の河野も、妻子もろとも船ごと爆殺された。

国内で発見されないでいる水夫長の小島と妻子は、カーフェリーを乗り継いで沖縄に向かったと推理した十津川は、沖縄県警に小島一家の身柄の確保を要請する。一方、家族まで皆殺しにする犯行から、生き残りの6名に対する強い怨恨を感じた十津川は、第一日本丸の生存者6名によって見殺しにされた26名の船員のうち奇跡的に生き残った者が復讐のために犯行に及んだものと推理し、26名のうち銃の扱いに慣れている6人を割り出す。そしてその6人のうち、パンナム機の乗客名簿にボンベイ空港から羽田空港に帰国している甲板部員の赤松淳一の名前を見つける。

小島一家はいったんは沖縄県警に身柄を確保されたものの、隙を突いて逃走後、恩納村で発見され厳重に警護される。しかし、赤松に顔立ちが似ていた大学生が黒のカローラで事故死し、これまでの殺害現場の写真を収めたカメラが残されていたことから警護が緩んだ隙を突かれて、海上からサバニに乗った犯人により小島夫妻は射殺されてしまう。そして、那覇空港と那覇港での厳重な検問にもかかわらず、赤松は捕まらなかった。十津川はサバニで島の北端から与論島に渡り、そこから沖永良部島経由で鹿児島へ逃れるコースに思い至ったものの、既に遅かった。

その後、八王子市内でM16自動小銃で自殺したものと思われる赤松の死体が発見され、事件は終焉したものと思われた。しかし十津川は、赤松を犯人とした場合、いくつかの矛盾点があることから、事件はまだ終わっていないと言い放ち、休暇を取って一人で事件を初めから調べ直す。