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？

去趕海的柯南和小哀，阿笠博士和少年偵探團的各位，在那兒結識了悶悶不樂的大學生牛込嗣夫。后來，牛込迂的社團成員三瀨隆、八島光枝、久津梢子買東西回來。路上4人的神情十分奇怪、一吃完午飯便回去了。之后，柯南留意到牛込忘了拿耙子，當元太等人吧耙子送去給牛込趕到停車場時時卻發現了牛込已經死在車內！

小蘭、園子和柯南在打掃工藤家的房子時，門鈴突然響起，這個人正是出演女高中生偵探小雪的上戶彩，她急匆匆跑來是想要拜托新一找一位關系要好但如今不知去向的老奶奶，柯南在不暴露身份的情況下詳細詢問了奶奶離家出走時的情況，這時，園子說她知道老奶奶的所在，于是，一行人來到了社樂紀念館，遺憾的是柯南等人趕到時，老奶奶已再次離去，他們能找到老奶奶嗎？

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。

玉之助因為手握兇器帶著怪人面具昏倒在犯案現場而被警察抓走，另一邊接受調查的贊助商羅臼卻說是玉之助將他邀約出來，這就造成兩人的證詞相互矛盾。柯南在屋頂發現了擴音器，真相漸漸明晰，這時，警局又傳來消息說確定羅臼就是兇手，因為在拐杖上發現了他的指紋，并還發現了投影機之類可以幫助犯案的東西，雖然如此但柯南卻肯定兇手并非羅臼。