大阪に出張中の亀井刑事が暴漢に襲撃された。逮捕したチンピラを詰問すると、なんと亀井の首に1千万円もの賞金が掛けられていることが判明する。「賞金首・亀井」のポスターは東京のアンダーグラウンドにばらまかれており、チンピラの間では有名になっているらしい。誰かが亀井を狙っていることは明白であり、警察に挑戦するがごとく亀井の家や警視庁に件のポスターが送りつけられてきた。

事態を重く見た十津川警部は、総力を挙げて犯人を捕らえるよう部下に厳命する。必死の捜査の結果、暴力団の顧問をしている幸田圭吾という男の存在が浮かび上がったが、捜査はそこで行き詰ってしまった。

第2の手段として、十津川は部下・若林刑事をチンピラに仕立ててアンダーグラウンドへ送り込み、「亀井を暗殺してやる」と吹聴させることで情報を集めようと画策する。一方、大阪にいた亀井は自らをおとりにし、犯人を逮捕しようと考えていた。記者会見で亀井の近状を意図的に流し、犯人をおびき出そうとする捜査本部。亀井は、故郷にいる叔母を見舞うという名目で、大阪から青森へ向かう特急「白鳥」へ乗ろうとしていた。

やがて、捜査線上に共同経営者を殺害し、亀井に逮捕されたことのある元バーの経営者後藤正也と、手製の銃器を使って女性を無差別に襲撃し、後藤と同様亀井に逮捕されていた原勝一という男が浮かび上がる。2人は、収監中ずっと亀井に復讐することを誓っていたらしい。

2人の身辺をあたっていた十津川たちは、井戸口という宝石店の小切手で契約金が支払われ、2人が亀井を抹殺すべく「白鳥」に乗ったことを突き止める。慌てて井戸口宝石店を調べると、社長の息子がギャンブルのカタとして自社の小切手を幸田に流していたことが判明した。これで幸田が事件に関係していることが判明するが、彼から黒幕を聞き出すことは不可能である。

一方、「白鳥」の車内では、十津川と若林刑事の連絡係を務めていた片山婦警が殺害され、後藤が亀井を襲撃するという事件が発生していた。一体、誰が何のために亀井を狙っているのだろうか? そして、二転三転する事件の結末は!?