白鳥警官記憶中的少女小林老師在煙火大會的夜晚目擊了一場謀殺案件，作為證人的她向白鳥警官提供了三條線索即兇手和死者爭執的聲音、疑似搬家公司的貨車以及兇手的背影，在警局接受偵訊的期間，小林老師無意中得知白鳥警官曾追求過和自己很像的佐藤警官，這個消息沉重打擊了小林老師，難道自己只是佐藤警官的替身？抱有這樣想法的她該如何面對白鳥警官。

為了讓扭傷腳的柯南療養腳傷，大伙兒一起來到城崎溫泉，然而，小蘭卻突然失蹤，柯南從光彥他們所拍的照片上看到小蘭和一個小女孩在一起，同時照片上還出現了一個行蹤可疑的男人。這時，柯南他們遇到了服部，他受人委托前來找一個叫陽菜的女孩，而她正是和小蘭在一起的那個孩子。據陽菜的父親周平所說，在陽菜失蹤的同時他美術館里的展品彩虹之子也不翼而飛。就在大家四處進行尋找時，陽菜和小蘭遇到了危險。

就在萬由美好不容易找到自己的身份的時候卻突然逃走了，而她遺失的紙條上寫著“要知道真相就一個人來”的信息！而就在柯南追過來之后發現險遭毒手的萬由美。在眾人調查神社時得知萬由美之前曾來過這里。晚上萬由美又再次的險遭綁架，但凡人卻留下了一份借條，借此柯南推斷出了犯人的身份，而所謂的好友的身份也最終暴露出來。

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？

在警方對三名嫌疑人進行偵訊時，他們三人反而相互指責并揭露對方的犯案動機，這時，有人在更衣室內發現了一個空瓶子，另外在湖面上還有漂浮的火柴棒，為了弄清真相，警方又找來工作人員進行對峙，然而，他們卻表示并未發現異樣，期間，女主演深汐的一句話點醒了柯南，在他的引導下，大家得知一整夜都呆在溫泉里的人并不是兇手而是死者本人，那么，兇手到底是誰？在他的身上又有怎樣的關鍵性證據？