阿笠博士帶少年偵探團來到一家位于箱根的溫泉旅館，那里正好在進行《血殷殺手》系列最新作品的拍攝，因此，大家結識了劇作家鐵山巖治、女主角名取深汐、經紀人丹沢純作以及男主角寺堂云平。次日，元太他們一起去湖上露天溫泉的時候，卻在女湯發現了鐵山巖治的尸體，從現場來看兇手應該是在發案之后趁機混入了騷動之中，調查之后，警方將嫌疑鎖定在深汐、丹沢、寺堂三人中。

為了讓扭傷腳的柯南療養腳傷，大伙兒一起來到城崎溫泉，然而，小蘭卻突然失蹤，柯南從光彥他們所拍的照片上看到小蘭和一個小女孩在一起，同時照片上還出現了一個行蹤可疑的男人。這時，柯南他們遇到了服部，他受人委托前來找一個叫陽菜的女孩，而她正是和小蘭在一起的那個孩子。據陽菜的父親周平所說，在陽菜失蹤的同時他美術館里的展品彩虹之子也不翼而飛。就在大家四處進行尋找時，陽菜和小蘭遇到了危險。

柯南、小五郎陪園子和小蘭逛街的時候，在公園的廁所里發現了一具被不明人士勒斃的女尸，身穿流行哥特蘿莉裝的被害者名叫久瀨，柯南他們之前曾在新宿的咖啡廳與她有過一面之緣，她當時只在座位上坐了一下什么也沒點就去了店外的廁所，之后與她約見的朋友莊堂來到店里，但久瀨卻再也沒有出現。雖然柯南他們懷疑莊堂就是兇手，但她卻有完美的不在場證明。

為了出席宴會，小五郎來到一家理發店刮胡子，這里除了店長還有一名正在敷臉的客人，就在小五郎享受敷臉的時候，店內突然發生巨響，他和那位客人拿掉毛巾后，發現店長已經橫尸躺在了地上，在尸體的旁邊有一個假發和飛鏢，根據這些警方將嫌疑犯鎖定在飛鏢愛好會中的三名成員，而且三個人都有犯罪的動機，這時，步美提供了重要的證詞，柯南也發現了事情的真相，沒錯，兇手就是他！

比賽中的米奈芭的狀態不佳，柯南發現她丟在地上的護腕從而發現犯人利用護腕告訴米奈芭自己已經鎖定她的事情。柯南用阿波羅的票進入會場尋找犯人，但面對易容高手的罪犯，柯南縝密的分析了米奈芭的擊球之后發現了犯人的真正目標不是米奈芭而是她的母親！而阿波羅則告訴了柯南米奈芭如何每次在球場上準確找到母親的方法。