小学5年生の新多シンは、「世界の謎を解き明かす男」を自称するオカルト好き。その日も宇宙人の目撃情報を聞きつけて、JR横川駅周辺の調査にきていた。その道中で通りがかった「碓氷峠鉄道文化むら」に、謎の新幹線が運び込まれたという噂を聞いて、何年か前に話題になった新幹線のような幻のロボット「テツドウダー」と関係あるのではないかと怪しむシン。新たな謎に心ひかれるシンだったが……？

正式に「シンカリオンZ E5はやぶさ」の運転士となったシンは、シンカリオンの操縦シミュレーションのため、再び碓氷峠鉄道文化むらを訪れる。そこで待っていたのは、シンと同い年ながらシンカリオンの改造にも関わっている天才整備士･碓氷アブトだった。 だが、アブトはなぜかシンカリオンを運転できないのだという。シンが何気なくその理由を尋ねると、アブトは表情を硬くしてその場を立ち去ってしまった……。

シンたちは「E6系こまち」に乗って、アブトが夢で見た盛岡駅に「Zコード」を探しに行くことになった。Zコードは日本全国に隠されており、それを見つけることで新たなザイライナーが閉塞解除されるという。どうしてZコードのヒントがアブトの夢に出てくるのか？ どうしてZコードを全国に隠したのか？ シン、アブト、スマットは不思議に思いながらも、新しいザイライナー、新しいZ合体を見つけるために、盛岡駅周辺を探し歩く。

「シンカリオンZ E6こまち」の運転士･大曲ハナビは、ロックンロールをこよなく愛する熱い少年だった。彼の実家は、秋田県大曲名物の花火を作っている花火工場。ハナビは花火師になるという夢を追いかけながら、自分が好きな音楽の道も、シンカリオンの運転士の道も、本気でやっていると言う。 だが、ハナビの父･タネビは、やりたいことをいくつも掛け持ちしているハナビの生き様を認めようとしなかった。

長野県にある木曽のとある山にやってきたシンたち。アブトによると、ひとけのないこの山奥に3人目のシンカリオン運転士候補･戸隠タイジュがいるらしい。しかし、タイジュは運転士になることに乗り気ではなく、すでに誘いを一度断られたあとだという。もともと東京に住んでいたが、事情があって木曽のとある山に移り住んだというタイジュ。シンたちが登山の末に彼を見つけると、タイジュは祖父のもとで山仕事の見習いを始めていた。

新たなZコードを見つけるため長野駅にやってきたシンたち。残念ながらタイジュを運転士に迎えるのは無理そうだとアブトは諦めていた。それでももう一度タイジュと話してみたいシンは、アブトたちに頼んで再び彼に会いに行く。タイジュは、祖父･マサカリにアドバイスをもらい、自分のこだわりを理解してもらうためにシンを森林鉄道記念館に連れて行くことにする。