柯南、步美等人從博士家里找到了一封四十年前來自博士初戀情人的信，信上除了說每十年在回憶的地點見面之外，還留下了一串像是暗示地點的數字，而今天剛好是四十年后的相約之日。經過推理，他們一行人來到動物園，將信上的數字與動物入園的順序相結合，他們找到了飛鼠館，而正巧在他們的面前站著一位女性，她會是阿笠博士的初戀嗎？

新田太太在路上偶遇買蛋糕的柯南和小五郎，于是，她急忙將小五郎拉到自己鄰居山本的住所，拜托他處理山本自殺的案件。從現場來看，死者山本是坐在沙發上，嘴巴大張用自己的改裝手槍結束生命，同時在扣動扳機的瞬間也打破了裝有蝴蝶的恒溫箱，柯南認為這是一起謀殺案，但是兇手是如何讓死者嘴巴大張，從而營造出自殺狀態？

警方調查期間本山總是鬼鬼祟祟的像是在謀劃著什么，他提議大家一起去吃飯，然后又謊稱自己有東西落在了車上，返回座位偷偷拿走了小蘭裝在包里的網球，然而暗自慶幸計劃成功的本山還不知道，這時的警方和小五郎早在柯南的提醒下，知道了他就是兇手以及他的作案手法，于是，大家暗中尾隨他來到機場，在他企圖逃逸之前將他的罪行揭穿！

在趕來支援的FBI的幫助下，柯南他們將獨自駕駛摩托的水無包圍，然而，馬路上卻出現了一個撿球的小男孩，為不傷害小孩，水無出車禍受傷。另一邊，今恩在水無換下的衣物里發現了粘在鞋底的發信器和竊聽器，便臨時決定變更目標向米花鎮駛去，柯南察覺到他們的行動，意識到小五郎性命堪憂，也匆匆趕往米花鎮，而此時黑衣組織已經瞄準了小五郎……

應社樂蓮希小姐的邀請，柯南等人來到音樂世家社樂調一郎的公館，蓮希拜托小五郎調查因名琴——斯托拉地巴力毆斯所引起了一連串詭異事件，然而，就在他們談論此事時，旁邊的別館火舌繚繞，在那里小憩的弦三郎也因此喪生火海，大家又重回原來的房間，柯南卻發現了奇怪的煙蒂，在與火樓里的煙蒂對比以后，柯南認定這并不是意外而是故意殺人，并且還將會出現下一個被害者。