正如夏树所想的那样，在完全封闭的密闭空间当中，凶手使用过的凶器是藏不住的。
询问过侑李、补齐了摄影方面的知识后，新一很快推理出了凶手的身份。
最后一块拼图就位，新一脑中的线索被串了起来，他完整复原了整件事情的经过：
凶手不是别人，正是最开始时嫌疑最大、却又被新一最先排除掉的山中忠恭。
半夜时，死者黑川智江身体不适，有些晕机，山中忠恭替他请乘务员送来晕机药。
黑川智江吃下晕机药时，山中忠恭趁机递上了水里溶解了具有强烈致幻作用的仙人掌毒碱（麦。司。卡。林）。
之后，晕晕乎乎、还以为仍在晕机的黑川智江想去上厕所，便与坐在最外侧的山中忠恭先后前往洗手间。
先去洗手间的山中忠恭布置了一番，用挥发性的颜料在洗手间的墙壁上留下了一些具有暗示性的话语，并在角落滴了苯并三唑（中毒）含量过度的胶片显影剂。
等黑川智江进入洗手间，他先是看到了墙上带有暗示性的文字，嗅到了显影剂的味道，然后致幻剂药效发作，他陷入到凶手精心诱导出来的幻觉当中。
在浑噩不清醒的状态下，黑川智江用别在白衬衫口袋上的钢笔戳进了自己的胸口，自杀身亡。
山中忠恭回到座位以后，黑川智江才脚步有些虚浮地前往洗手间。有很多人可以作证，当时死者还活着，人也还算清醒。
后来前去洗手间的黑川智江迟迟没有回来，也有乘客能证明山中忠恭一直留在座位上没有再次离开。
这些都给案件制造了一些干扰项，但好在新一根据洗手间内残留的显影剂等细节锁定了凶手的身份。在搜出致幻剂仙人掌毒碱后，更是一举让真相大白。
“没错，是我杀了智江！”被新一指出作案手法，自知无法再辩驳的山中忠恭爽快地承认是他杀死了黑川智江。
他一改之前温和无害的憨厚模样，五官普通的脸庞上流露出极致的憎恨与疯狂：“是我给他喝了仙人掌毒碱，我要他陷入幻觉，要他痛苦、害怕、惊惧，要他活生生杀了他自己！”
存在感相当微弱、一直沉默着没有说话的里见奈奈悲伤地看着山中忠恭。
她没有问山中忠恭为什么要杀了她的男朋友，只是眼中滚出晶莹热泪，捂住脸扭过头去。
“你的动机是什么？”新一先问山中忠恭，同时看了眼背过身去肩膀微微耸动的里见奈奈，心中若有所思地想：这场案件背后，似乎还有不少秘密他没有调查出来呢。
“没什么不能说的。”山中忠恭抹了把脸，但热泪依旧滚滚落下。
埋藏在他心底不知道多久的憎恨和痛苦在此刻全部宣泄出来，他痛哭道：“黑川智江害死了我妹妹！我等杀了他为我妹妹报仇的这一天，已经等了足足三年！”
“我妹妹是黑川的大学同学，只因为聚会时不小心把饮料泼在了他的白色衬衫上，让他在班级聚会上丢了形象还被拍下了照片，黑川他就恨上了我妹妹。”
“黑川长相英俊，又会经营形象，在他暗中的污蔑和排挤下，我妹妹一直被同学孤立误解。而黑川却在这个时候假装对我妹妹伸出援手，获得了我妹妹的信任。”
“后来，黑川邀请我妹妹一起去旅游。旅行途中，他突然翻脸，将一切真相揭露，跟我妹妹说她从头到尾都被玩弄于鼓掌之间，对我妹妹大肆侮辱、贬低。”