Une nuit d'hiver, en gare d'Avignon. Benjamine Bombat, dite «Bambi», grimpe dans le Marseille-Paris. Elle y croise tout de suite les beaux yeux de Daniel, un jeune fugueur, maladroit et sans billet. En cachette, elle l'aide à se faufiler dans son compartiment, où une place est inoccupée. Mais au matin, une fois le train à quai, Daniel découvre que l'une de leurs compagnes de voyage a été assassinée, et s'enfuit. Sous la pression du pétulant commissaire Tarquin, l'inspecteur Graziani et son stagiaire Jean-Lou tentent de retrouver les autres occupants du compartiment, mais un tueur les précède à chaque fois.