小五郎受學生時代認識的房東太太宗田光江之托，開導她最近不知為何事而消沉的孫子阿真，數次敲門無人回應，光江用備份鑰匙把門打開，卻發現屋內一片狼藉，而且墻壁上還涂滿了用紅色蠟筆畫的線，大家在浴室發現了割腕而死的阿真，光江讓柯南找來醫科大學的房客城戶，但已經為時已晚，小五郎斷定這是自殺案件，但光江和柯南卻認為是被人抹殺，這時，大家注意到了在建筑模型里的鑰匙，也就是說這是密室殺人事件！

找到兇器成了破案的關鍵，小五郎發現抽屜里的冰鎬少了一根，加之對大家物品的檢查認定矢代就是兇手，可是柯南卻發現消失的冰鎬被用來固定植物了，繼而小五郎又認定上森的兒媳熏兇手，熏指出這里的每個人都有殺人動機并否定自己是兇手，到底誰是兇手呢？這時，柯南從目暮警官和小五郎的談話中得到啟示，找到兇器之后，沒錯，兇手就是那個人！

次日，暮目警官來到石本的公司詢問案件，石本說出了自己曾被平岡威脅的事，本以為案子就以認定平岡為兇手了結的時候，躲在社長室的柯南發現曾與幸子見面的男子從屋子里拿走了一個遙控器，而這名可疑男子其實是幸子的男朋友柴田健一。小五郎讓所有案件相關人員來到派對現場并說柴田就是兇手，可由于他的錯誤判斷，柯南只好再次將他麻痹以找出真兇。

馬上趕到增尾家的眾人發現增尾的妻子已經被殺害了。看似是強盜殺人的事件中柯南卻從中發現了疑點，經過推理最終發現了犯人的犯罪手法在。在柯南的提醒下高木警官揭露了犯人的騙局。另一方面佐藤警官拒絕了白鳥警部的邀請轉而邀請高木警官一同吃飯就在這時出現的暮目警官卻讓高木產生了誤會。

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。