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。

步美生病一人在家休息，就連有電話打進來她也因熟睡也沒有接聽，但過了一會兒，步美聽到有人撬門的聲音，不禁想起了前些日子歹徒入室殺人的事情，可她還沒來得及報警，歹徒就破門而入了，她慌忙躲在床下，用少年偵探的徽章聯系柯南，因為不能說話她就用假面超人鬧鐘聲音代替自己傳達求救訊息，可元太光彥確認為步美在惡作劇，柯南會棄之不理還是解開暗號呢？步美又會展開怎樣的自救？

原來這個叫葉才三的人，就是二十年前「四億元強盜殺人案」的主謀，鮫崎和小武郎急忙趕到葉才三所在的101號房卻發現屋內空無一人，反而吵醒了睡在隔壁的服部，之后，大家找遍交響樂號也沒有發現葉才三的身影，如果挨過今晚，法律將不再追訴他們二十年前所犯下的罪行，葉才三和他的同伙也將恢復自由之身。十二點之后，甲板上傳出槍聲旗子也被人點燃，柯南發現了一張寫有奇怪語句的紙鈔，這時，船尾發生爆炸，而在這熊熊大火之中，隱約可見一具尸體。

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。

原來這名行跡可疑的女士是柯南的媽媽有希子，她將此行的目的告訴柯南后，大家就一起聚到休息室聽小五郎的推理，期間，警察在隧道里淺間的尸體上發現了膠帶碎片，突然靈光一現，柯南知道了誰是兇手以及他的犯案手法，卻苦于沒有證據，按照小說的劇情，柯南還有被殺的可能，苦惱之時，有希子提議干脆將計就計讓兇手自己現身，于是一場揪出兇手的好戲上演。