小蘭，園子和柯南在溜冰場認識了五個自稱是陶土射擊愛好者的朋友，就在大家等待看煙火的時候，洗手間卻傳來園子的尖叫，大家慌忙趕到現場時，看到的卻是千尋遭人用散彈槍擊中胸部倒坐在洗手間的慘狀，她的尸體旁邊留下了一個用血寫成的S狀文字，于是小五郎推斷這個英文字母代表著「兇手就是佐野泉」的信息，但高木和目暮警官卻推翻了他的猜測，之后，警方在死者的攜帶行動電話上發現了KIX的字樣。

服部把武田家的人和羅伯叫到發生兇案現場的二樓倉庫，柯南將小五郎麻醉，在黑暗之中道出兇手所使用的手法，當被問及兇手是如何在這個形如密室中的倉庫作案時，柯南的回答卻是兇手根本沒有出現在兇案現場，那么兇手到底如何作案？信一為何會虐待自己的女兒美紗？美紗自殺的真正原因到底什么？是怎么樣的誤會導致武田家頻頻出現慘案？

元旦當天，少年偵探團一起到國立競技場看足球決賽，卻看到l了足球被槍射中，這時，正在為天皇杯決賽進行轉播的日賣電視臺，接到了歹徒索要五千萬元的恐嚇電話，如果讓他發現比賽中止讓觀眾撤離的狀況，他將立刻對場內的觀眾進行掃射，電視臺依照歹徒的指示將錢袋準備好之后就在周圍埋伏了帶待命的警官，然而警察只抓到了歹徒同伙，歹徒通過電話說因為日賣電視臺的報警所以要殺雞儆猴，情況愈發危機。

園子和小蘭購物結束坐公交的時候，有一位自稱是設樂的老人坐在了小蘭旁邊，他說自己認識小蘭并打算去趟毛利偵探事務所，聊著聊著小蘭睡著了，醒來的時候老人已經離去，可是小蘭卻很擔心老人的安危，執意要去公車站找老人，這時，柯南發現小蘭的包里多了一張磁片，這張機密磁片的內容到底是什么？老人又到底去了哪里？

雖然少年偵探團被發現且命懸一線，不過幸好柯南及時趕到，大家得以解救，至于這個黑衣女人根本不是組織里的人。回家的路上，灰原識破柯南的身份并說自己是黑衣組織的人，而阿笠博士現在已經……，聽到這些，柯南匆忙趕去博士家卻發現博士安然無恙，而這時灰原也回到家，原來她因為姐姐的事情已經背叛了組織并且服用了和柯南一樣的藥讓身體變小，走投無路之下來到工藤家，被博士發現而收留。