はじめは美雪、剣持警部と共に羽田行きJAM377便に搭乗する。この時、はじめは空港で迷子になり、サングラスをかけ、ヒゲを蓄えた機長の志田智明に旅客機まで案内してもらう。はじめたちはエコノミークラスを予約するがダブルブッキングが判明し、はじめと美雪はスーパーシートに代わりの席を用意してもらう。スーパーシートには明智警視が偶然乗り合わせていた。離陸後、志田の機内アナウンスに明智が反応。明智は研修で米・ロスに滞在した時に志田と知り合ったという。
はじめはCAの加賀谷唯と桃山灯のヒソヒソ話を偶然耳にする。この便は出発前にテロ予告が届いていた。だが異常が見つからずに通常通り離陸したらしく、はじめは剣持にテロ予告の事を報告する。この便のスーパーシートには不倫騒動で話題になっている女優の石田麻利亜、エコノミークラスには有名なカメラマンの大越豊が乗っていた。午後2時10分、エコノミークラスの後方から煙が立ち込め、はじめは爆弾かもしれないとテロを警戒。剣持は煙の正体を確かめに行き、はじめは明智を呼びに行く。
乗客が動揺する中、副操縦士の小金井守の機内アナウンスが流れる。操縦は小金井が担当し、志田は状況の説明に向かうという。そして、操縦室から口元をハンカチで覆ったサングラス姿の志田が現れる。剣持は煙の元を発見するが、それは数個の煙玉だった。剣持は悪質なイタズラと判断する。パーサーの関口忍が機内アナウンスで煙の原因を乗客に伝え、志田は操縦室へ戻っていく。騒ぎが起きてから10分経ち、時刻は2時20分になっていた。この後、志田に命じられた小金井が乗客の様子を見に来る。
2時28分、小金井は志田に飲み物を持って行ってと加賀谷と桃山に頼む。はじめと明智は剣持から煙の原因を聞くが、ただのイタズラなのかと疑問に思う。この後、業務連絡の機内放送で加賀谷は操縦室に至急来てほしいと小金井に伝える。はじめ、剣持、明智が小金井と共に操縦室に行くと、そこでは志田がロープで絞殺されていた。高度1万メートルの密室空間で起きた殺人事件だった。絞殺は窒息死に至るまで少なくとも6、7分はかかるため、明智は犯行時刻を2時20分から2時30分の間に絞り込む。
はじめたちは手分けして乗客、乗務員に聞き込みを行う。5分以上のアリバイが証明できなかったのは乱れた化粧を直すためにトイレに行った石田、窓際の自分の席でカメラをチェックしていた大越の2人だけだった。石田は女優になる前はCAだったという。大越は過去にテロの瞬間を撮影して何度も賞を取ったが最近は何もなく、剣持はスクープを自作自演したかもしれないと疑う。明智はパニックが起きた直後から不可解な点があったと明かし、はじめも不自然な状況に気付いた事を告白する。お互いに紙に書いて情報を交換した後、はじめと明智は「謎は全て解けた！」とニヤリと笑う。