Ocurre, en su mayor parte, en la Costa Azul: el litoral sur de Francia y Montecarlo (donde los ingleses con alta renta pasaban el invierno). Un millonario americano, el magnate del petróleo Rufus Van Aldin compra el famoso rubí el “corazón de fuego” y lo ofrece de regalo a su hija, Ruth Kettering. La joya forma parte de un maravilloso collar, codiciado por ladrones y coleccionistas.

Ruth no es feliz en su matrimonio y se interesa por un ex pretendiente con quien no llegó a casarse por voluntad de su padre, pues el sujeto no era del todo honesto. Ya que el marido de la hija demuestra ser un aventurero que se buscó una amante, el millonario sugiere el divorcio e inicia los trámites legales correspondientes. Durante el viaje en el “tren azul” en dirección a Niza, Ruth es asesinada y el rubí robado. Por ironía del destino uno de los pasajeros es Poirot, a quien el padre de Ruth encarga descubrir al asesino. La situación es compleja, pero Poirot, con sus infalibles “células grises” y con otra pasajera, Katherine Gray, en papel de alter ego, obtiene un suceso más en su carrera.