柯南，小蘭和小五郎一行三人搭乘開(kāi)往北海道的特快列車北斗星三號(hào)，在通過(guò)隧道的時(shí)候珠寶商人出云被人槍殺，兇手將車窗射穿跳出車外逃跑，之后警方又在隧道之中發(fā)現(xiàn)了疑似歹徒的男人，這宗命案的過(guò)程簡(jiǎn)直跟柯南的爸爸工藤優(yōu)作一篇未發(fā)表的推理小說(shuō)一模一樣，期間一個(gè)言行奇怪的女人引起的柯南的注意，在柯南揭穿她的謊言后，她終于暴露了身份。

少年偵探團(tuán)一大早搭乘開(kāi)往米花樂(lè)園的電車，當(dāng)柯南以為沒(méi)人和他們一樣時(shí)，就來(lái)了三個(gè)大學(xué)生也上了這趟電車，他們是鐵道研究社的，來(lái)這里是為了拍攝地上電車的照片，期間，川崎下車去前方拍攝行駛的電車，可就在電車急速向前時(shí)，他突然從梯子墜落到鐵軌上，幸虧司機(jī)及時(shí)剎車，他才得以保住一命，然而大家剛松了一口氣，卻發(fā)現(xiàn)堀井橫尸車廂……

柯南等人參加了麻美這個(gè)自稱是新一的初戀情人，在別墅舉辦的生日聚會(huì)，因?yàn)樗舜蠹揖土羲粋€(gè)人在別墅，剩下一群人則上街去唱卡拉OK，這時(shí)，沢井發(fā)現(xiàn)別墅方向發(fā)生了火災(zāi)，可麻美還在屋里睡覺(jué)，所幸小蘭將門踢開(kāi)救出了麻美。

學(xué)校里最近發(fā)生了很多詭異的事情，而且教導(dǎo)主任在沒(méi)請(qǐng)假的情況下也消失了好幾天，當(dāng)柯南向老師和校長(zhǎng)問(wèn)及此事時(shí)，大家也都避而不語(yǔ)，為調(diào)查真相少年偵探團(tuán)夜探帝丹小學(xué)，附有學(xué)生名字的娃娃，移動(dòng)的人體模型，窗戶后面的黑影，樓梯上的煙霧和扶手上的紅色顏料，以及自己班級(jí)里突然出現(xiàn)的十幾個(gè)黑影，雖然這一切看似撲朔迷離，但是真相只有一個(gè)。

小蘭和柯南潛水的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)了一名女子的尸體，鎮(zhèn)上的驗(yàn)尸醫(yī)生田中認(rèn)為這是一起自殺事件，但被害人的朋友卻口口聲聲說(shuō)一定是田中殺的，原來(lái)田中為和院長(zhǎng)女兒訂婚而拋棄了死者，雖然田中的嫌疑最大，但是他卻有不在場(chǎng)證明，小五郎干著急沒(méi)辦法，而柯南則從撿垃圾的爺爺那里找到了一個(gè)破洞的游泳圈，并用空瓶子做了個(gè)簡(jiǎn)單試驗(yàn)，犯人的手法他已完全明白。