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。

這天小五郎在賽馬之后來到小酒館巧遇了同樣賽馬的幾位同好。在屋外抽煙的小五郎遇到了來找他的小蘭和柯南，就在眾人回到小酒館時忽然發現酒館老板娘被刺身亡！在警方調查了酒館的幾位客人之時發現扇小姐為了挽救自己的舞蹈班向老板娘借錢的事實，而其他幾位客人也多少有把柄被老板娘抓住。柯南在勘察現場后發現了犯人的身份！

因為警方并未從國末身上發現相關門票所以也無法判斷他所觀看的比賽內容，就在三名嫌疑人吵鬧著要回去的時候，柯南和服部說他們已經知道了兇手是誰，然而卻苦于沒有證據，這時電視上體育賽事的轉播給了他們兩人提示，兇手就是他！案件結束之后，大伙一起去醫院看望蘇醒的國末，期間，警方將和葉的護身符交給了服部，得知和葉秘密的服部會有怎樣的反應？

小五郎受東山先生之邀來到獵戶座企劃公司，沒想到在這里打電話聯系東山先生的時候，竟然看到窗外有人墜樓而亡，警方立刻介入調查，死者名叫高幡，同是這家公司的職員，而當時在公司的只有東山和另一名職員砂川七惠，但東山卻有充分的不在場證明。之后，隨警方來到高幡辦公室的柯南在這里發現了一些關鍵線索，即使案件多么錯綜復雜但真相只有一個！

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。