Un soir, malgré la porte de la chambre fermée à clef "de l'intérieur", les volets de l'unique fenêtre solidement fermés eux aussi "de l'intérieur", et en l'absence de toute cheminée ou passage secret, Mlle Stangerson est agressée dans la chambre jaune. Une trace ensanglantée de la main du coupable est retrouvée sur le mur. Qui a tenté de tuer Mlle Stangerson ? Et surtout, par où l'assassin a-t-il pu fuir de la chambre jaune ?
Le jeune reporter Rouletabille, limier surdoué d'à peine 18 ans qui raisonne par "le bon bout de la raison", entreprend de trouver la solution de cet affolant problème, accompagné de Sainclair son meilleur ami.