身體變小后柯南轉入帝丹小學，并結識了步美、光彥和元太。某日，明星洋子來到毛利偵探事務所，說總感覺有人暗中監視她，為了更進一步了解真相，毛利一行人來到洋子住處，可開門后居然有具死尸橫在門口，期間柯南發現了另一名演員優子的耳環并且還注意到洋子的經紀人山岸神態怪異，洋子、山岸、優子到底誰才是真正的兇手。

小五郎的學長寺岡請他們吃烤肉的時候，突然接到一個名叫松山的人的電話，為勸說此人回歸正道，寺岡匆忙趕去約見的碼頭，小五郎也要求一同前往，小蘭和柯南尾隨其后，到達碼頭后，寺岡單獨去見松山，可不一會兒，大家就聽到了槍聲，松山因手槍走火意外死亡。暮目警官說手槍上除了寺岡和松山還有第三個人的指紋，柯南仔細思考之后，斷定這枚指紋就是讓犯人認罪的完美證據。

小川醫生這兩年來不斷收到未署名的錢和玩具，實在是不知道來歷，于是前往毛利偵探事務所求助。在柯南的提示下小五郎推理出玩具其實是中古品，而小蘭也因此開始懷疑起柯南的身份。在前往小川醫生工作的醫院調查過程中看到柯南翻閱病例的小蘭對柯南的懷疑也進一步加深。最終柯南在千鈞一發之際成功解救了小川醫生的孩子。而柯南也成功化解了小蘭的懷疑。

某天小五郎偶遇了大木田社長并把自己的名片給了他。之后的晚上大木田突發心臟病身亡，而小五郎和小蘭，柯南為了配合調查也來到大木田的家里。在調查了現場之后柯南發現了大木田大量出汗的事實，而從現場外面的花和點心處發現了大木田死亡的真正的原因。之后柯南得知了社長和司機之間的矛盾后推理的方向也越加明確最終柯南以新一的身份告訴了暮目警官犯人的真實身份并抓獲了犯人。

柯南注意到這些音符并將其解讀，這時，當地的老警察說倉庫里有麻生圭二留下來的樂譜，這種重要線索柯南自然不會放過，他和警察一起去找樂譜，而這期間，一直精神怪異的西本上吊死亡，腳下還留有遺書，柯南推斷出這是他殺，當在看到麻生圭二留下來的樂譜后，柯南斷定出了兇手，他利用變聲領結和廣播室說出真相。