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一九三三年，英国正处于经济大萧条时期，年迈的侦探赫尔克里·波洛收到了一封署名“ABC”的匿名信，信中预言了即将发生的谋杀并附上了线索。波洛前往伦敦警察厅寻求帮助，却发现昔日的旧友早已各奔东西，无人愿意理会他的警告。不久之后，安多弗的烟草店女老板爱丽丝·阿什惨遭杀害，尸体旁放着一本翻开的《ABC铁路指南》。波洛推断这只是连环杀人的开端，凶手正按照字母表的顺序，在每个犯罪现场留下一本铁路指南作为标志。然而警方依然对他的判断置若罔闻，这位曾经叱咤风云的大侦探只能独自踏上追凶之路。

凶手寄来了更多的信件，预告下一场谋杀将发生在彻斯顿。波洛破译出受害者可能是他过去的故人——卡迈克尔·克拉克爵士，立即致电其宅邸，却还是晚了一步。连环命案引发了全国性的恐慌，公众对波洛迟迟未能破案感到愤怒，甚至开始怀疑他与案件有关。卡迈克尔的兄弟富兰克林·克拉克主动提出资助波洛调查。波洛召集了部分受害者的家属进行询问，逐渐摸清了凶手的作案规律——杀手正按照《ABC铁路指南》的字母顺序选择目标。与此同时，克罗姆巡官终于开始正视这起案件。波洛收到又一封指向唐卡斯特的信件后，与克罗姆火速赶往现场，却再次迟了一步，发现了本尼·格鲁的尸体。然而波洛坚信凶手犯下了致命的错误——杀错了人。在帕丁顿地铁站，波洛感到有人跟踪自己，一番追逐之后，他收到了一通诡谲的电话和充满敌意的字条。

ABC杀手仍然逍遥法外，并扬言将继续杀戮。克罗姆巡官承受着巨大的压力，公众迫切需要一个答案。警方在搜查现场时发现了凶器，并在受害者的公文包内找到了一批女士丝袜。波洛循着丝袜的品牌线索找到了制造商，得知伦敦地区唯一的销售员是一个名叫卡斯特的人。卡斯特随即成为头号嫌疑人。然而随着调查的深入，波洛发现这一切远比表面看起来复杂——真正的凶手并非那个在暗处寄信的狂人，而是藏在光明之下的富兰克林·克拉克。他利用字母杀人的障眼法掩盖自己真正的谋杀动机，企图继承兄长的遗产。当一切真相大白之际，波洛不仅揪出了真凶，也在这场与自我怀疑和时代偏见的较量中，重新找回了作为侦探的信念与尊严。