Кадоген Уэст, молодой человек, работающий на государственной службе, выпал из вагона метрополитена и разбился насмерть. Ни каких следов насильственной смерти и ограбления не обнаружено. В тот вечер был сильный туман, Кадоген внезапно оставил на улице свою невесту мисс Вайолет Уэстбери. Ссоры между ними не было, и девушка не может объяснить его поведение.

Труп лежал возле остановки, там, где рельсы выходят из тоннеля. Попасть туда человек мог, только если бы его живого или мёртвого сбросили с поезда. Где Кадоген сел в поезд — неизвестно, так как билета при нём не обнаружили. В карманах были деньги, билеты в театр и чертежи подводной лодки конструкции Брюса-Партингтона, которые являются государственной тайной.

Из десяти чертежей в кармане убитого нашли семь, самые важные исчезли. Официальным ответственным за документы является сэр Джеймс Уолтер, правительственный эксперт. Он ушёл с работы днём, взяв ключ с собой, алиби его подтверждено несколькими людьми. Второй ключ от сейфа находится у старшего клерка конторы, тоже имеющего алиби.

Дело государственной важности поручают Шерлоку Холмсу. Великий сыщик прибывает на место, где был обнаружен труп. Тело убитого могло свалиться только с поезда. В вагонах следов борьбы и насилия не обнаружено, но одному из пассажиров перед остановкой показалось, как с поезда упало что-то тяжёлое.

Холмс приходит к выводу, что Уэст был убит в другом месте, а его тело положили на крышу вагона. Поскольку станция узловая и через неё проходит много стрелок, вагон раскачивался, и тело упало.

Холмс приходит к сэру Джеймсу Уолтеру, но узнаёт, что тот скоропостижно умер.

Невеста Уэста вспоминает, что последние дни он был взволнован, говорил, что военные документы хранятся небрежно, и шпионы много могут дать за эту тайну. Пока, по мнению великого сыщика, все складывается против Уэста.

Холмс посещает место, где были похищены документы. Старший клерк уверен, что преступник — Уэст. Великий сыщик начинает менять своё мнение. Для того, чтобы добраться в неслужебное время до чертежей, преступнику нужно иметь ключ от входной двери, ключ от конторы и ключ от сейфа. Все три ключа были только у покойного сэра Джеймса Уолтера. Кроме того, зачем Уэсту похищать чертежи, если он мог их скопировать? Похитить их мог человек, не имеющий нужных технических познаний.

Осмотрев комнату, Холмс обнаруживает, что ставни не закрываются до конца, и с улицы можно рассмотреть, что происходит в помещении, а под окном находит следы.

Великий сыщик получает список лиц, которые могли бы затеять похищение. Один из них, Оберштейн, живёт в доме, под окнами которого железнодорожная линия пересекается с другой, более крупной. После похищения шпион уехал из Лондона. Холмс решает нанести ему частный визит. Обследовав окно, он убеждается, что тело там лежало. Осмотрев комнаты, великий сыщик видит газетные вырезки с перепиской. Он даёт объявление в газету и устраивает засаду в квартире.

Пойманным оказывается брат сэра Уолтера, полковник Валентайн Уолтер. Запутавшись в долгах, полковник согласился на предложение шпиона. Сделав слепок с ключей брата, он принёс чертежи в квартиру. Внезапно туда ворвался Уэст. Оберштейн убил его, а тело сбросил на крышу вагона, предварительно положив ему в карман чертежи. Самые важные бумаги Оберштейн оставил себе. Поняв, кто вор, сэр Джеймс Уолтер покончил с собой.

С помощью полковника Оберштейна ловят. Полковник умирает в тюрьме, а великого сыщика приглашают в Виндзорский дворец. С тех пор его галстук украшает изумрудная булавка.