園子邀約柯南和小蘭一起來賞楓，可她的真正目的卻是想要將紅色手帕系在《冬季楓紅》拍攝地點的樹枝上，以此為暗號與京極碰面，然而旁晚時候，當她們再次返回樹林卻看見了一具尸體，而此人正是曾與她們偶遇的電視劇人員，天色越來越暗，柯南察覺到有不止一個人在監視著他們。

佐藤警官左手無名指上突然多出的戒指引起了同事們的關注，連高木也不知這枚戒指的由來，就在他為自己的幸福擔憂時，佐藤接到了小蘭的報警電話，死者是作家諸口益貴，發現尸體時他正處在一間上鎖的密室房間，判斷出死者是自殺還是他殺成了破案首要解決的問題，柯南發現這個謹小慎微的作家把戒指戴反了，由此推斷，這是起他殺事件，可犯人到底用了什么手法來制造密室？

竹內先生因為肇事逃逸而被檢察官拘留，可妃英理認為竹內既然是自首并主動承認罪行應該有被保釋的權利，之后，柯南和小五郎經過調查發現撞人的可能是竹內的妻子，于是，妃英理以此為籌碼再次要求放人，可沒想到的是竹內才被保釋出獄，他就在自家陽臺跳樓自殺，而目擊證人正是九條檢察官，為探尋真相，柯南和小五郎重返案發現場……

柯南他們很快就找到了被害者們常去的麻將館，并從老板那里得知，曾有一個叫鬼保獨郎的人與平棟堂次發生過沖突，抓到嫌疑犯后，高木警官便前去找曾聽到兇手聲音的鍋井永貴做指認，沒想剛進門就被人打昏。另一邊，柯南因為步美一句玩笑話，突然想通了Z的含義并說兇案早在十五年前就結束了，此次兇案的發生不過是模仿犯所為而兇手就在被害者的家屬之中。

對三天后即將失效的殺人案兇手不斷發出挑釁言論的犯罪心理學家平棟堂次，在自己家中遭到殺害，兇手在他的背上刻下了Z字型傷痕。為找尋更多的線索，柯南等人跟著高木警官來到了二十年前的受害人家中詢問相關案情，雖然只得到了零星線索，但柯南卻將它們串聯起來并發現了共同點，那就是這四名被害者或許是一起打麻將的牌友，于是，高木和柯南等人決定順藤摸瓜，逐一調查他們可能去過的麻將館。