阿笠博士以少年偵探團為對象進行了一場尋寶之旅，舞臺就是阿笠博士的叔叔住的一個別墅，但在他叔叔過世的50年來，這棟本不該有人進出的別墅卻發現有人來過的痕跡，他們還找到了一系列由月亮、星星和太陽組成的古怪暗號，連博士事先藏好的玩具也被人用刀劃壞，這幢別墅一定暗藏玄機。

小五郎受學生時代認識的房東太太宗田光江之托，開導她最近不知為何事而消沉的孫子阿真，數次敲門無人回應，光江用備份鑰匙把門打開，卻發現屋內一片狼藉，而且墻壁上還涂滿了用紅色蠟筆畫的線，大家在浴室發現了割腕而死的阿真，光江讓柯南找來醫科大學的房客城戶，但已經為時已晚，小五郎斷定這是自殺案件，但光江和柯南卻認為是被人抹殺，這時，大家注意到了在建筑模型里的鑰匙，也就是說這是密室殺人事件！

小五郎曾教過的學生崎園惠在自己的娘家碰到了一起車子被人安裝炸彈而被引爆的案件，在爆炸中喪命的人是小惠的妹妹寬美，她在代替不會倒車的姐姐小惠倒車出庫的時候慘遭意外，警方一開始懷疑嫌犯是個叫高橋的人，認為這個人和小惠的先生和夫共同籌劃了交換殺人計劃，原本企圖殺害小惠，沒想到卻誤殺了寬美，就在他們俯首認罪，事情告一段落的時候，柯南注意到了小惠。

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。

某天，小五郎收到一封請求信，一個叫中村操的人說他搬進繼承的別墅之后，就碰到很多詭異的事情，到達后，柯南發現這個別墅確實充滿謎團，大門扶手缺少的雕像，別墅里隨處可見動物時鐘，所有數字型時鐘相同的刮痕，在屋頂的閣樓里好像有人，跟十年前疾風竊盜集團有關的新聞資料，高爾球袋上的DEMON字樣，另外，還有從鴿子時鐘里出來的恐怖妖怪，解開這些謎團的鑰匙在哪里呢？