【序章】12 名乘客以每人仅离席 5 分钟为由，否认嫌疑，夏芽指出，每人各有 5 分钟“自由时间”，合计正好 1 小时，足够分工完成杀人，12 人都是凶手。夏芽从乘客的纹身、耳环、Zippo 打火机上的天秤标记，认定他们因死者背叛，以私刑共同处决了他。列车抵达终点站后，警部按程序要求夏芽、小夜前往警局说明情况。
小夜的搭档透見夏芽虽然只有 17 岁，却出身于名侦探世家透見家，是百年一遇的天才名侦探，号称“令和的 Sherlock Holmes”。夏芽、小夜加入推理研究部，衣更着水姫为之狂热，抱住夏芽求签名。明智炯史宣称曾多次与夏芽进行推理对决，虽然从未获胜，但发誓下次必定取胜。年末前的一次活动，小夜在走廊听见冬月夜須命令夏芽退部，如若不从，便会成为她的敌人。
推理部在 1 月中旬举行合宿。临出发前，11 名一年级生因生牡蛎中毒缺席，10 名二年级生乘巴士前往雪零馆，包括：小夜、夏芽、衣更着水姫、相葉一途、明智炯史、不知火阿蘭、朽原雪花、山野木聖也、鏑城志樹、冬月夜須。不知火身穿女仆装，雪零馆的主人正是她的祖父。众人被通往馆邸的吊桥挡住去路，不知火说明吊桥虽然故意做旧，实际可承重百人，10 人陆续过桥。朽原在桥中央因恐高症崩溃，紧抓绳索无法移动，坦言连书架高处的书也从不敢拿，夏芽扶着他一步步过桥。
众人进入玄关，前台放着房卡和一个钥匙箱，各人领取房卡。雪零馆的所有客房都是名作推理主题房。小夜邀朽原同行，三人参观了《獄門島》主题房。全员先在娱乐室玩人狼游戏，临近 11 点散场。衣更着独自回房，小夜、夏芽、朽原前往中庭。三人在中庭名画《推理的殿堂》前交谈，小夜拍下夏芽、朽原站在画前的照片。回程时，夏芽从“请自由取用”的篮中取走一枚雪滴花球根。小夜折返娱乐室，加入明智等人的 TRPG。鏑城提到夏芽最初的案件“侦探杀手”，当年透見家多名名侦探遇害，夏芽濒死重伤，虽然识破了犯人的变装诡计，将其逼入绝境，对方仍逃脱。鏑城警告犯人或仍潜伏在夏芽身边。众人在午夜 12 点解散。
次日早上 9 点早餐，社员陆续到齐，唯独夏芽始终没有出现。小夜和明智决定去她房间查看，夏芽不在房内，二人分头搜查馆内外。小夜在地下牢透过窥视窗照见血迹，确认夏芽死在门内。牢门木闩另挂着锁，钥匙箱在 0-9 点自动锁死，当时正是 8:59。9 点一到，明智取钥匙开门，夏芽仰躺在血泊中，胸口插着直达心脏的菜刀。她衣袋的血浸纸条称，写信人已布置“绝妙谜题”，署名“侦探杀手”。山野木要求报警下山，明智指出雪零馆没有信号，暴风雪未停，贸然下山等同自杀。冬月、鏑城要求勘验，明智同意。小夜虽被劝休息，仍跟随三人前往地牢。
小夜重新踏入地牢，夏芽仍仰躺在木地板上，衣更守在尸体旁。鏑城判断插在她胸口的菜刀来自厨房。明智发现裸灯泡电线被人扯断，木格栅留有刀痕，夏芽手背、手指、腿上的伤痕显示她生前曾激烈抵抗。尸体角膜未混浊，关节未尸僵，推定死亡时间在当天早晨 7-8 点，但钥匙 0-9 点一直锁在电子钥匙箱中，密室成立。小夜发现菜刀近乎倒插，而门闩背面、上下两侧、门缝内侧都有新鲜刀痕。明智召集众人到食堂，宣布解开谜题。
1 年后，雪零馆再次邀请推理研究会合宿。“我” 1 年前杀害夏芽，嫁祸衣更着，鏑城、山野木已经得知这个真相，“我”决定借合宿机会灭口。推理研究会的 8 人再次乘巴士前往雪零馆。小夜和相葉重查旧案。小夜在中庭《推理的殿堂》前发现整幅画作的外层护板仅以插销固定，可轻易拆下。相葉解释，内层玻璃坚固却容易脏，外层护盖用于遮挡污渍。小夜、相葉、朽原一同从前台取出地牢钥匙，下到地下室，相葉打开双开木门。在夏芽当年倒下位置的地板缝里长出了雪花莲，小夜从花萼取下一枚直径约 17 毫米的金属圆环，已锈成铜褐色，将其装入密封袋。“我”在暗中监视，尤其不愿那枚圆环落到小夜手中。小夜怀疑圆环是夏芽中指那枚刻有“单翼侦探”的灰色戒指，在夏芽遇害时落入地板缝。山野木来电，称有旧案相关物件，要她独自前往。小夜开门时，朽原守在门外失去平衡，抓住她一起跌倒，两人嘴唇相碰。小夜带上戒指赴约。
山野木声称瓶装茶有安眠药，要求小夜 10 分钟找出下药诡计，若她能识破，山野木便会告诉她一年前案件的秘密。时间结束后，无论识破与否，必须喝下茶，若认输则可免喝，代价是让他摸胸。小夜检查未开封的茶瓶和玻璃杯，见山野木喝下近半瓶茶仍保持清醒，先后怀疑中和剂、空气迷药、事前下药，却都不能成立。临近限时，小夜推断茶中无药，游戏只是逼她接受屈辱条件的心理陷阱。山野木仍要求她喝茶，她为得到旧案秘密，一口饮尽。灯光短暂熄灭又恢复，小夜眩晕倒地。她在头痛和门铃声中醒来，确认仍在房内，未遭侵犯。山野木仰面倒在房内，胸口插着串在壁炉信件上的折刀，手中逆握着 Watson 仿制手枪。明智判断他死于晚 7-8 点之间，现在是 8:40。小夜推测凶手趁自己昏睡期间入室行凶，不知火调出开门记录，显示房卡仍在室内卡套中，唯一的入室记录为 7:05，窗户为无法开启的死窗。明智检查茶瓶、茶液，未检测出安眠药或动手脚的痕迹。小夜坚称喝茶后立刻陷入昏睡，却无法证明药物如何加入。明智认为逆手握枪不像是准备反击，更像是凶手布置的死亡讯息：Watson 是 Holmes 的助手，这把枪便指向“令和的 Sherlock Holmes”夏芽的助手小夜。
【回忆】透見家规定族人 14 岁必须亲临命案解开谜案，失败者会被逐出家门。回忆者的姐姐在“侦探杀手”案中独占破案成果，成为继承人。回忆者失去姓名和侦探资格，决定成为“令和的 James Moriarty”。
合宿第二天早上，冬月面对又一桩命案异常兴奋，鏑城却盯着汤面发呆。片霧怀疑山野木因知晓旧案秘密被灭口，追问鏑城，被他拒绝。鏑城认定冬月会灭口，收拾行李，准备冒雪逃离雪零馆。他刚一开门，冬月便将他推进房内。鏑城发现她的擒拿技术与夏芽制服暴走犯人时如出一辙，被冬月勒住脖颈，失去意识。
片霧请求朽原共同调查山野木案。片霧重返山野木房间，在三角形锁舌周围发现仍有黏性的透明胶带碎片。她试验房卡，确认胶带能固定缩回的三角形锁舌，使房门无法自动上锁。方形死锁舌只供室内使用。她判断这或许能破坏不在场证明。相葉打来电话，让她赶往地牢。片霧刚进地牢，门便从外面闩上。她呼救近 30 分钟无人回应，又过了约 30 分钟，门闩不知何时撤去，她推门跌出走廊，回到地面，被不知火撞倒。朽原赶来扶起片霧，带她赶到鏑城的《歌剧魅影》主题房。鏑城倒在仿制歌剧院舞台上，颈部缠着细绳，留有清晰的紫色索沟。明智推定死亡时间为 11-12 时，不知火于 12:30 发现尸体。此前约 9:45，鏑城正要离房，冬月将其推进房间，明智跟入后发现鏑城昏倒在地，相葉、朽原也赶来，三人确认他还活着，将他移到床上后离开。相葉以手机录像和大厅大钟证明自己 11:30 正在巡查，朽原从 11 时起服用不知火送来的抗焦虑药，由不知火陪伴至 12 时，两人互为不在场证明。片霧称受“相葉”电话诱骗，被闩在地牢里一个多小时，从衣袋中摸出失踪的鏑城房卡。明智认为房卡出现得过于刻意，像是构陷，怀疑凶手利用房内舞台机关建立不在场证明，远程杀人。明智将冬月锁入地牢，拿着钥匙在地下入口看守，规定冬月只能在晚 6 时、11 时、早 7 时由他带着去上厕所。
片霧向不知火查看鏑城房间的出入记录，11:12 有开门记录，记录由锁舌缩回产生而非刷卡，若用胶带固定锁舌，任何人都能进出而不留痕迹。片霧检查尸体，否定了朽原的绞杀说：鏑城颈部和指甲没有抵抗痕迹，索沟由前向后上斜，在后颈消失，说明他可能先被药物弄昏，再被人用吊绳牵拉缢死。两人抬头望向枝形吊灯，明智指出关键在舞台升降台，要求她们检查幕后控制盘是否留有远程操纵痕迹。片霧和朽原搜遍各处，均未找到可操纵杠杆的装置。片霧在洗衣房得知，一只洗衣篮几乎装满脏衣物，内有三角帽形睡帽，不知火 12:40 见过，之后便不翼而飞。
“我”在地牢中轻蔑地认为，门闩根本不构成障碍，一旦脱身便要杀死那个碍眼的女人。
片霧在朽原劝说下重新振作，前往玄关大厅领取案发现场钥匙。两人在地下通道口发现明智倒地失去意识。片霧将其唤醒，得知冬月对他突袭，已逃往中庭。片霧冲进中庭，只见冬月仰面倒在积雪中央，胸前深插一把菜刀。她踏进雪地，确认冬月瞳孔涣散，没有呼吸。相葉赶到廊下，看清雪上只有冬月、片霧的足迹，没有第三人脚印。不知火认定片霧嫌疑极重，片霧反驳，如果是自己正面袭击，以冬月的身手，雪上理应留下挣扎痕迹，但她无法解释雪地无足迹。相葉拔刀欲杀片霧，朽原替她挡下刀刃，肩部受了浅伤。不知火夺刀制住相葉，仍捆住片霧双手。片霧经过《推理的殿堂》时，发现夏芽画像的眼中有水滴滑落。
片霧从口袋取出初日装进密封袋的金属圆环，对比手机壁纸上夏芽戴的戒指，发现夏芽遗体手上已有同样刻字的铁戒指，这只圆环不可能属于她。明智赶来，称在冬月遗物中发现钢丝锯，不清楚她如何将工具带入地牢。片霧追问洗手间隔间和冬月的磁吸项链，要求明智把所有人召集到食堂，宣告解开谜题。
侦探社时隔一年进行了两次“雪零馆”合宿，发生了两起密室杀人、一起无足迹杀人、一起远程杀人。诡计尚可，但故事本身基本没有情节可言，通篇解谜，人物互动凌乱，感情也缺乏说服力。