小五郎和柯南去拜訪人氣作家梅津修時，撞見了他的兒子與他發生爭吵的畫面，為了避嫌他們就暫時離開，可是到了傍晚，梅津修卻被人毒死家中，他的手中還拿著一個顛倒的笏，就在他們解謎死亡訊息時，目暮警官和兩個關系人也匆忙趕來，警方還在死者兒子是的身上搜到了毒藥，本以為一切就此結束，柯南卻發現了新的線索，他將小五郎麻醉，說出了事情的真相。

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。

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？

少年偵探隊按照暗號分別找到了剩下的兩個時光保存罐，卻發現在此之前有人曾將它們挖出來過而且最后一個發現的時光保存罐里面竟然有一封信，將所有的字條擺在一起，真相也愈發明晰，柯南在阿笠博士的幫助下揭露了真兇，沒想到事情的癥結可以追溯的十五年前……

大家找到校長詢問他下雨的時候是否出現在操場，沒想到卻得到了否定的回答，為了證實校長的說法，柯南又來找了在保健室休息的世古國繁，因為他與保坂從小一起長大，所以又了解了更多關于保坂的事情，這時，小蘭在走廊的木板上發現污漬，柯南將這些污漬與操場上出現的刮痕相聯系，沒錯，制造靈異事件的就是那個人!