Москва, 1911 год. К Фандорину обращается вдова А. П. Чехова Ольга Леонардовна Книппер-Чехова с просьбой помочь актрисе театра «Ноев Ковчег» Элизе Альтаирской-Луантэн. По мнению Книппер-Чеховой, Элизе угрожает серьёзная опасность.
Фандорин отправляется на спектакль «Бедная Лиза», в котором Альтаирская играет главную роль, и страстно в неё влюбляется. В конце спектакля Эраст Петрович становится свидетелем инцидента, когда в букете Элизы оказывается гадюка.
Под видом кандидата в драмотборщики (завлиты) сыщик проникает в театр и знакомится с труппой. Однако сосредоточиться на расследовании Фандорин не может — его всецело поглощают любовные переживания. По совету своего камердинера Масы, чтобы завоевать любовь актрисы, Эраст Петрович сочиняет пьесу «в японском духе» для театра «Ноев Ковчег», в которой Альтаирской отведена главная роль — гейши Идзуми.
Тем временем в театре начинают происходить убийства. Сначала отравлен премьер Смарагдов. Затем, во время премьеры пьесы Фандорина «Две кометы в беззвездном небе», в гримуборной Альтаирской убивают корнета Владимира Лимбаха — горячего поклонника актрисы.
Сама Альтаирская-Луантэн влюбляется в Фандорина и отдается ему, однако жестоко раскаивается в этом и вынуждена скрывать от сыщика свои чувства — она уверена, что её муж, хан Альтаирский, из ревности убивает всех её любовников, а также тех, кого подозревает в любовной связи с актрисой. Чтобы защитить Фандорина, Элиза рвет свои отношения с ним.
Любовные страдания Фандорина усугубляются тем, он ревнует своего единственного друга и камердинера Масу к Элизе Альтаирской. Эраст Петрович надеялся, что главная мужская роль в пьесе достается ему, однако по стечению обстоятельств она достается Масе. Зная феноменальную популярность японца у женщин, Фандорин уверен, что у Масы роман с Альтаирской.
Фандорин пытается излечиться от любовного недуга и возвращается к расследованию. Улики выводят его на г-на Царькова, т. н. «Царя» — главу подпольной сети спекулянтов. Совместно с одним из актеров — бывшим армейским офицером — сыщик нападает на конспиративную квартиру Царя и допрашивает его. Однако Царю удается выскользнуть и скрыться за границей.
Тем временем меценат и покровитель театра, предприниматель Шустров делает Элизе Альтаирской предложение руки и сердца. Пока она раздумывает, Шустрова убивают — перерезают горло бритвой. Компаньон Шустрова — месье Симон — оказывается Сенькой Скориком (роман «Любовник Смерти»).
После окончательного объяснения с Элизой Эраст Петрович приходит в себя, к нему возвращаются былые дедуктивные способности и он вычисляет убийцу — но поздно. Преступник заминировал театр и собирается взорвать его вместе со всей труппой. Только благодаря находчивости и выдающимся физическим способностям Фандорину удается предотвратить взрыв.
В конце романа Элиза и Фандорин признаются друг другу в любви, и решают быть вместе, жить гражданским браком, не ограничивая свободу друг друга. При этом Элиза поставила одно твердое условие — никаких детей.
