È tarda sera, e un professore si trova nella biblioteca di una basilica di Città del Vaticano. Il custode gli fa notare che è orario di chiusura, ma lui vuole rimanere ancora qualche minuto. Il custode si allontana, e qualcuno spinge violentemente il professore giù dal piano della biblioteca, uccidendolo.

Il cardinale del luogo ricorda che, quando si trovava in missione in Amazzonia, il suo amico don Matteo aveva un innato talento investigativo. Per questo motivo fa venire a Roma il parroco di Gubbio e gli chiede, in nome della loro antica amicizia, di risolvere questo scottante caso. Il prete accetta ma chiede che ad aiutarlo ci siano il capitano Anceschi e il maresciallo Cecchini, che sono i carabinieri con i quali ha risolto molti casi a Gubbio. La presenza di due militari nell’ambiente ecclesiastico non permetterebbe di indagare con discrezione, quindi i due dovranno fingere di essere seminaristi: Anceschi si chiamerà Alvise e Cecchini si chiamerà Serafino.

Intanto, un’assistente sociale porta a Gubbio una bambina di sette anni di nome Camilla, nata in Bolivia da una missionaria laica italiana. La piccola viene affidata temporaneamente al sindaco Laura Respighi, e dichiara di essere la figlia di don Matteo: in realtà la madre di Camilla era in missione umanitaria insieme a don Matteo, che fu padrino di battesimo della bambina. Prima di morire a causa di un grave incidente, la madre ha chiesto, tramite il testamento, che sua figlia fosse affidata a don Matteo; ma ora il sacerdote è in Vaticano.

Nella biblioteca dove è avvenuto il delitto, i nostri scoprono l’esistenza di un passaggio segreto che forse è stato utilizzato proprio dall’assassino per cogliere di sorpresa la sua vittima. Accanto al cadavere sono stati ritrovati dei granelli di un rosario e un registratore rotto. I tecnici della Polizia Scientifica riescono a recuperare l’ultima registrazione: il professore stava leggendo il contenuto di un censimento effettuato ai tempi di Gesù Cristo, poi l’urlo dell’uomo mentre precipitava giù. I nostri scoprono che una giovane restauratrice che conosceva la vittima ha rubato un’importante edizione di un Vangelo; la ragazza viene arrestata perché si ritiene che sia stata sorpresa dal professore mentre rubava e lo abbia voluto eliminare perché era un testimone scomodo.