柯南，小蘭和小五郎一行三人搭乘開往北海道的特快列車北斗星三號，在通過隧道的時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現了疑似歹徒的男人，這宗命案的過程簡直跟柯南的爸爸工藤優作一篇未發表的推理小說一模一樣，期間一個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。

柯南的班級轉來了一個叫灰原哀的女生，而同一天少年偵探隊也收到了同校俊野幫忙找哥哥的委托，大家一起去俊野家進行調查，發現了一張夏目漱石的肖像畫，俊野說曾有一個黑衣女人很賞識這幅畫，聽到這些，柯南馬上聯想到了黑衣組織，便急忙帶領偵探隊走街串巷的尋找線索，期間，在便利店遇到的一個使用假錢的男子引起他的注意，于是，一路尾隨，推理出了這名男子的去向。

小五郎曾教過的學生崎園惠在自己的娘家碰到了一起車子被人安裝炸彈而被引爆的案件，在爆炸中喪命的人是小惠的妹妹寬美，她在代替不會倒車的姐姐小惠倒車出庫的時候慘遭意外，警方一開始懷疑嫌犯是個叫高橋的人，認為這個人和小惠的先生和夫共同籌劃了交換殺人計劃，原本企圖殺害小惠，沒想到卻誤殺了寬美，就在他們俯首認罪，事情告一段落的時候，柯南注意到了小惠。

尸體被燒焦，根本無法辨識他的身份，只能從穿著姑且判斷是蟹江，柯南發現這具尸體整過容，并推斷出龜田和鯨井也是葉才三搶劫殺人案的同伙，當大伙趕到龜田的房間時，卻發現他也消失不見了，柯南和服部推理出現分歧兩人決定各自行動，可在調查期間服部遭遇危險，沒過一會兒，甲板上再次響起槍聲，心虛的鯨井決定交代一切，這時，鯨井突然被不明人士射傷，鮫崎趕到甲板時卻看到……

柯南隨小五郎送園子和小蘭到山里的別墅，參加在網上認識的魔術愛好者見面會，在回家途中，柯南從收音機中聽到魔術愛好者的西山務在家被殺，而且還留下殺人將繼續的留言，之后小五郎和柯南急忙趕回去卻看到與山外唯一連接的橋正在燃燒，身患發燒的柯南沖入大火一個人到達別墅，很快第二個受害者濱野的尸體在雪地中被發現， 但周圍卻一個腳印都沒有。