Enquêtant sur la mort mystérieuse d'une jeune femme par balle, Castle et Beckett font face au pire cauchemar d'un policier : l'arme du crime est l'ancienne arme de service du détective Ryan, celle-là même volée par le tueur en série 3XK. Le temps presse : l'équipe doit résoudre le meurtre, retrouver 3XK et récupérer l'arme de Ryan avant que le tueur ne frappe à nouveau.