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。

小蘭，園子和柯南在溜冰場認識了五個自稱是陶土射擊愛好者的朋友，就在大家等待看煙火的時候，洗手間卻傳來園子的尖叫，大家慌忙趕到現場時，看到的卻是千尋遭人用散彈槍擊中胸部倒坐在洗手間的慘狀，她的尸體旁邊留下了一個用血寫成的S狀文字，于是小五郎推斷這個英文字母代表著「兇手就是佐野泉」的信息，但高木和目暮警官卻推翻了他的猜測，之后，警方在死者的攜帶行動電話上發現了KIX的字樣。

雖然少年偵探團被發現且命懸一線，不過幸好柯南及時趕到，大家得以解救，至于這個黑衣女人根本不是組織里的人。回家的路上，灰原識破柯南的身份并說自己是黑衣組織的人，而阿笠博士現在已經……，聽到這些，柯南匆忙趕去博士家卻發現博士安然無恙，而這時灰原也回到家，原來她因為姐姐的事情已經背叛了組織并且服用了和柯南一樣的藥讓身體變小，走投無路之下來到工藤家，被博士發現而收留。

柯南等人來到一所蓋有五重塔的鄉間寺廟，因為這里要開發觀光而導致寺方和觀光公司產生了爭執，次日，觀光公司的社長小田英明被人發現尸體吊在五重塔的尖端，就好像五重塔的傳說一樣，凡是破壞寺廟戒律，都會嘗到惡果。在對尸體及其周圍調查后，柯南找到了真正的案發現場。

帝丹小學校慶這一天，少年偵探團拿著阿笠博士送給大家的電影折價券一起去看電影，大家爭執之后決定去看哥美拉的三部片子，沒想到今天是這家電影院最后一天營業，柯南等人成了最后一批觀眾，就在欣賞電影之際，熒幕上卻出現了一個黑影，原來這個黑影就是迫使電影院關門的張田的遺體，在警方要以自殺確定這件案子的時候，光彥卻說一句讓大家驚訝的話！