服部收到了一封古怪的委托信，于是，他們一行人便來到了美國島，沒想到這封信的寄件人紗織卻在三天前失去了蹤影，當晚，島上熱烈的慶祝一年一度的儒艮慶典活動，傳說有位吃過人魚肉的長壽婆，任何人只要拿到她念過咒的儒艮之箭，就能實現長生不老的美夢，但就在慶典進行期間，沙織的朋友壽美竟然被人發現勒死在瀑布上，服部和柯南認為這是一起殺人事件并著手進行調查，然而在為壽美守靈的晚上又發生了一件慘案。

旅館主人紫郎和弟弟金次迎接了來到“痊愈的森林”的柯南一行人，途中，柯南他們遇到了兄弟倆的父親龍藏，龍藏的蠻不講理讓柯南他們吃驚不小，但因牛奶投遞員藍子的出現，氣氛緩和許多。但就在幾小時后，龍藏在自己家被人殺害了。在調查現場后柯南找出了殺害龍藏的兇手，其實就是自己的親人，因為得不到父親贊同和支持而疼下殺手。

為找尋更多的線索，服部向胴口詢問起袴田與垂見之間的恩怨，不想他卻避而不答反而找來袴田教訓服部，之后他又遇到了當時在二館外的學生，據目擊人說所，案發時他們曾看到一個頭戴面具，身背護具袋的人進出這里，聽到這些證詞之后，服部終于知道了兇手是誰以及他所使用的手法，而此時，柯南等人也趕到了比賽會場，聽了警察對案情的描述之后，柯南急忙趕往服部所在的二館倉庫，卻發現服部早已將兇手制服。

為了救被綁架的詹姆斯，少年偵探團努力推理他留下的“P&A”的意思。步美把自己的偵探徽章留在了詹姆斯那里使眾人得到了詹姆斯的鎖在位置。他們還得到了佐藤警官等的幫助，向犯人發起追擊。而經過推理，柯南領會到詹姆斯信息原來指的是自己被綁架到假冒的警車之中。而為了確保詹姆斯的安全，柯南眾人采取了非常的營救手段。

佐藤警官推理出小倉原本逃脫的計劃，柯南指認出進入廁所的關鍵的三人。在調查了三名嫌疑犯以及攜帶物品之后柯南解析出犯人的犯罪手法和遺留的證據。在“沉睡小五郎”的推理下指出了刀子方向的不自然方向套出了犯人的口誤。雖然兇手一再否認，但隨聲攜帶的報紙成為了逃不掉的鐵證。在罪犯逃跑的過程中被高木警官一罐子擊暈，案子最終成功告破。