園子的網球教練后藤貴雄即將參加比賽，為了給他加油打氣，園子和小蘭來到了北輕井沢，柯南去廁所的時候，發現后藤與兩名女生糾纏不清。沒想到他在和園子進行男女混合雙打時突然昏倒在球場上，警方介入調查并初步斷定后藤被人下了毒，由于鑒識人員在園子手套上檢測出毒物反應，所以山村警官認定園子就是兇手，為幫園子洗清冤屈，柯南又會有何行動？

雖然警方再次對這三名嫌疑人進行詢問，但因為每個人都坐在看不到我妻點餐內容的位置，所以根本無法預知死者會拿哪一盤壽司，案件再遇瓶頸，這時柯南在我妻的回轉臺上看到了塑膠包裝的一角，加之博士向灰原借手帕這一細節，他突然明白了兇手的作案手法，那么兇手一定是他！于是，柯南以阿笠博士為掩護當場指認兇手……

小蘭從小五郎的錢包里發現了五萬日元的項鏈收據，這似乎是要送給妃英理的生日禮物，得知這件事后小蘭發揮驚人的手氣抽到了飯店住宿券，等到生日那天柯南他們一起來到飯店并享受了一頓豪華的晚餐，可小五郎卻絲毫沒有贈送禮物的意思，一氣之下妃英理獨自返回房間，可小蘭卻想盡辦法讓小五郎在生日結束前送出禮物，沒想到進入妃英理的房間后竟然發現了一具女尸。

來到倫敦的柯南不小心以新一的身份向小蘭暴露在倫敦的事實，而此時柯南喝下了回國用的解毒劑暫時以新一的身份出現！在繼續調查的過程中小蘭從以前新一說過的話中得到啟發發現了人偶的秘密。而之后通過與新一電話中發現了更多的線索。這時小蘭和小五郎碰到了米奈芭小姐，在米奈芭和弟弟阿波羅的協助下小蘭留在教堂的紙片，而上面寫著的就是接下來的線索。

小五郎帶柯南和小蘭去露天浴場泡溫泉的時候，聽到了咔嚓咔嚓的石頭滑落聲，當他們尋聲趕到后，發現不動產社長梅津英章已經沒了呼吸，這起看似意外的事件其實是樁蓄意殺人案，警察對在場的嫌疑人即死者的女兒麻麗、泰子、秘書八木橋以及浴場老板進行偵訊，期間，一條擰干的毛巾從麻麗的包包中掉了出來，小五郎認為這是她為了不留指紋而使用手法，就在他準備揭穿所謂的兇手時，知道真相的柯南將他麻醉揪出了真正的兇手！