小五郎，柯南，蘭，園子為了看伊東玉之助的劇團的戲劇表演，而前往了有名的劇院金丸座。這次，劇團上演的是以《歌劇院的怪人》為藍本改變的《金比羅劇院的怪人》的時代劇，玉之助飾演怪人，女演員輕部蘆美飾演女主角歌手。之后，在彩排中大吊燈突然落下，由于蘆美額頭受了小傷，玉之助不得不在劇院公開了被實際存在的怪人要求更換女主角的事情。

聽到自己將要被分派到鳥取縣警局進行聯合搜查時，高木警官慌了手腳，然而，佐藤警官得知此事后竟然面不改色，與此同時，柯南等人在上學的路上遇到了一個神色匆匆的人，命案發生以后，這個人就成了重要嫌疑人，但讓大家沒想到的是千葉警官和這個叫加藤的嫌疑犯居然住在一起，千葉警官作證案發當時，加藤正與他一起看電視，難道兇手另有其人？

小五郎一直暗地里跟蹤的人見松一郎，突然在米花飯店墜樓身亡，出現在案發現場的還有一個叫南里熏的女人，但她卻十分肯定自己從不認識死者。與此同時，他的雙胞胎弟弟人見竹彥，也在杯戶鎮的家中被人殺害，并且案發時他的妻子加奈子為了調和兄弟二人的關系，外出與松一郎會面。兄弟兩人在同一時間死在不同的地方，難道這真的是傳說中的心靈相通？

警方調查期間本山總是鬼鬼祟祟的像是在謀劃著什么，他提議大家一起去吃飯，然后又謊稱自己有東西落在了車上，返回座位偷偷拿走了小蘭裝在包里的網球，然而暗自慶幸計劃成功的本山還不知道，這時的警方和小五郎早在柯南的提醒下，知道了他就是兇手以及他的作案手法，于是，大家暗中尾隨他來到機場，在他企圖逃逸之前將他的罪行揭穿！

不忍看到和葉為解死亡訊息焦急流淚，于是，服部在與柯南的對話中有意的透露一些提示，所幸和葉一點就通明白了其中的奧秘。另一邊，警方叫來最先發現尸體的四人，并一一做了偵訊發現每個人都心懷鬼胎有殺人的動機，而柯南和服部也沒有停止尋找真兇，就在二人找到新的線索時，和葉突然大呼自己知道誰是兇手。