2011年2月、東京の日比谷線では不気味な都市伝説が流れていた。数日前に起こった地下鉄の脱線事故に際し、事故を起こした運転手が女の子の幽霊を見たというのである。しかもこの運転手は、事故後入院していた精神病院から抜け出して事故死していた。榊原探偵事務所事務員の深町瑞穂は、大学の友人から聞いたこの都市伝説を事務所の主である榊原恵一に話す。そんな中、榊原は警察から都市伝説の舞台となった場所の近くのビルで起こった謎の殺人事件の調査を依頼される。発見された遺体は、東京都心部のビル内部だというのに全身泥まみれになっていたというのだ。さっそく捜査を始める榊原。だが、真相にたどり着いた榊原はこう告げる。「これは地下鉄少女によって引き起こされた殺人だ」……。そして、この事件の背後には、榊原でさえ予測できなかった真の恐怖が待ち受けていた。果たして「地下鉄少女による殺人」とは、どういう事なのか？