小五郎受到一個名叫立李三可的委托，帶著柯南和小蘭一起來到群馬縣調查真相，途中他們遇見了德備六朗和荒巖，并從他們口中得知了11年前有一個名叫辰彥的孩子在旅館附近的河中溺斃而亡的事件，這與信中所提及的殺人案有何聯系？辰彥父親同時也是約見地點光羅旅館的老板沼山伴藏也讓人覺得很怪異，次日清晨，滿身都是刺鼻氣味液體的伴藏死在了旅館的頂樓房間，難道是小蘭昨晚在河邊看到的河童下的毒手嗎？

阿笠博士帶少年偵探團來到一家位于箱根的溫泉旅館，那里正好在進行《血殷殺手》系列最新作品的拍攝，因此，大家結識了劇作家鐵山巖治、女主角名取深汐、經紀人丹沢純作以及男主角寺堂云平。次日，元太他們一起去湖上露天溫泉的時候，卻在女湯發現了鐵山巖治的尸體，從現場來看兇手應該是在發案之后趁機混入了騷動之中，調查之后，警方將嫌疑鎖定在深汐、丹沢、寺堂三人中。

比賽中的米奈芭的狀態不佳，柯南發現她丟在地上的護腕從而發現犯人利用護腕告訴米奈芭自己已經鎖定她的事情。柯南用阿波羅的票進入會場尋找犯人，但面對易容高手的罪犯，柯南縝密的分析了米奈芭的擊球之后發現了犯人的真正目標不是米奈芭而是她的母親！而阿波羅則告訴了柯南米奈芭如何每次在球場上準確找到母親的方法。

就在所有人驚訝于晶子之死時，樸之木匆忙跑來說漫畫家比良坂也死在了房間中，于是，小五郎、柯南等人急忙趕到現場，這又是一起密室殺人，詭異的是這個房間的門口堆滿了被撕碎的小煌小姐的海報碎片，警方展開調查并對別墅里的所有人進行偵訊，八川談到了澤南被殺的命案，以及比良坂、澤南和樸之木受到不明人士威脅的事情，難道這與此次的密室殺人案有關系？澤南死前所留下的死亡訊息又隱藏著什么意義？

柯南并沒有從步美找到的照片中發現重要的線索，便將破案的關鍵再次鎖定日記，仔細反復查看之后，柯南發現了其中的端倪，于是，他再次來到琴房確認自己的發現，沒想到步美等人放在門口的背包不翼而飛，而且大家還注意到了鋼琴旁邊凳子的變化，一切如柯南所料，他讓步美、元太和光彥等人高唱歡快的歌曲，果然將躲在黑暗中悄悄觀察他們的人揪了出來。