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。

放學后，小蘭在鞋柜里發現了一封情書，正當她為此而煩惱時，遇到了曾在帝丹高中上學的學姐，她說家里遭到了不明人士的入侵，可奇怪的是小偷不僅沒偷錢，反而還給她死去的丈夫上了一炷香，并且自己的日記也有被人查看過的跡象，期間學姐還談起了高中時期被自己拒絕過的男生，看過照片后，小蘭說她今天見過這個男生，之后，園子將整個事件的來龍去脈推理出來，這時，學姐說她還有一件事瞞著大家……

除了發現煙頭，柯南還發現二川身上多處沾有血跡，博士等人也在懸崖上找到了寫有遺書的手機，回到旅館后柯南將這件命案告訴了其他人，就在大家根據二川留下的遺書認為他是自殺時，柯南卻說他是被人用鋼管擊中頭部墜落山崖而死，于是少年偵探隊便對其他三個可疑人的房間進行檢查，雖然一無所獲，但柯南還是發現了蛛絲馬跡，他讓灰原配合他演戲，沒想到真的有人上鉤，這個人就是真兇嗎？

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？

柯南和小五郎看到和果子店老板娘相川與警察發生爭吵，詢問得知，住在這棟公寓的小澤死亡，相川說她曾看到一名男子出入小澤家，因此認為小澤是他殺，然而從對現場的勘察來說，警察認為是自殺，于是，小五郎和柯南介入調查，并且警方還叫來了相川口中的殺人犯清水，雖然清水有足夠的不在場證明，但相川卻堅持認為兇手就是清水，這兩人之中，一定有人在說謊！